論文以小組成員在法國交換實習(xí)期間的研究項目"用彈簧測量砝碼質(zhì)量"為例,重點介紹了該項目綜合運用物理、技術(shù)、工程、數(shù)學(xué)等相關(guān)知識,利用NI myDAQ、LabVIEW、Fortran等信息采集和計算工具,精確測量砝碼質(zhì)量的設(shè)計與實驗探究過程。整個實驗以項目為載體和導(dǎo)向,綜合應(yīng)用多學(xué)科多體系的知識解決項目中遇到的問題,培養(yǎng)探究知識的能力、實踐動手能力和解決問題的能力,提升專業(yè)素養(yǎng)。本項目能夠為更多綜合設(shè)計性實驗的學(xué)習(xí)提供模式的借鑒和思考。 

【文章來源】：物理與工程. 2020,30(03)

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

實驗平臺模型圖

實驗平臺實物圖

在進行待測物體質(zhì)量測量之前,根據(jù)式(6),需要先測出我們定義的標(biāo)準(zhǔn)裝置的特征參數(shù)。首先,利用質(zhì)量比較儀對標(biāo)準(zhǔn)質(zhì)量為M0(M0=50.000g)的砝碼進行了校準(zhǔn),采用電子秤測量彈簧的質(zhì)量ms(ms=3.566g)。其次,為了測量作為標(biāo)準(zhǔn)的彈簧振子的平均振動周期T0,我們設(shè)計了一個能測出彈簧振子振動周期的傳感裝置(如圖2所示),設(shè)計原理在于利用IN myDAQ器件探測光電二極管感受光強變化時兩端電壓的變化,并通過LabVIEW軟件在電腦上顯示出電壓變化圖,電壓的變化周期正是該彈簧振子的振動周期。具體操作過程及改進措施如下:光電二極管電路的電源電壓設(shè)置為3V;打開激光,照射光電二極管,選取砝碼靜止時的位置為平衡位置,調(diào)節(jié)彈簧與砝碼的整體高度,使砝碼的上平面剛好擋住激光;用手將砝碼豎直下拉一定的距離,然后釋放,砝碼與彈簧組成的彈簧振子振動,電腦屏幕上顯示出光電二極管兩端電壓隨時間變化的圖像,如圖3(a)所示,待圖像穩(wěn)定后手動截取振動周期并讀數(shù)。實驗過程中發(fā)現(xiàn)如下兩個問題會導(dǎo)致圖像失真(圖3(b)):①砝碼和彈簧整體橫向擺動;②砝碼上平面的掛鉤和彈簧會遮擋激光。此外,手動截取一個周期時產(chǎn)生的誤差也較大。為了解決以上問題,盡量減小誤差,我們提出了如下解決方案:①在包裝盒外選擇參照點并做標(biāo)記,保證砝碼每次在豎直下方離平衡位置1cm處釋放,且盡量避免砝碼橫向擺動;②為防止砝碼掛鉤及彈簧對激光的遮擋,選取砝碼靜止時其下平面位置為平衡位置參考點,使砝碼下平面剛好擋住激光;③由原先的每次截取一個振動周期改為截取兩個振動周期。實驗改進以后,項目組在每次測量時讀取兩個周期,重復(fù)測量10次,舍棄數(shù)據(jù)中的最大值及最小值,然后求得標(biāo)準(zhǔn)砝碼的振動周期平均值T0。方程(7)中的常數(shù)a、b就已確定。

【參考文獻】：
期刊論文
[1]“千克”等4項基本單位被重新定義[J]. 關(guān)毅.  自然雜志. 2018(06)
[2]物理與實際工程交叉課程的教學(xué)實踐[J]. 邵長金,周廣剛,楊振清,石軍太.  物理與工程. 2018(05)
[3]關(guān)于間接測量量不確定度計算的教學(xué)嘗試[J]. 談國太,李亞蒙,侯婷婷,陳喜燕,李雪.  大學(xué)物理. 2017(05)
[4]NI myDAQ在電子電路工程實踐教育中的應(yīng)用[J]. 李夢軍.  山東電力高等專科學(xué)校學(xué)報. 2012(01)
[5]對有質(zhì)量彈簧的振子系統(tǒng)振動周期的探討[J]. 黃兆梁.  大學(xué)物理. 2011(05)
[6]豎直振動彈簧的質(zhì)量對振動周期的影響[J]. 劉曉霞,王智.  大學(xué)物理. 2010(11)
[7]誤差與不確定度在物理實驗教學(xué)中的重點把握及應(yīng)用[J]. 王向川.  成都大學(xué)學(xué)報(自然科學(xué)版). 2008(01)



本文編號：3214851