辽宁石油化工大学

物理实验论文

实验内容计算机实测物理系数实验姓名学院地点薛霞教育实验学院理学院330学号专业、班级指导教师0903040228实验0903许星光实验时间

2010年10月13日星期三

第7周 星期三 第4节计算机实测实验

摘要：利用计算机实测技术研究单摆及点光源的光照度与距离的关系。

关键词：计算机 集成开关型霍尔传感器 单片机 光源 光探测器

1 引言

如今，随着科学技术的迅猛发展，计算机越来越成为人们生活中不可或缺的部分，它已经在各个领域得到广泛的应用，特别是在数据测量与比较中，计算机实测数据更加精确，更加清晰。笔者将计算机实测计术应用于研究单摆与点光源的光照度与距离的实验中，同时对其相关参数进行测量，进而进行研究比较。

2 计算机在研究单摆中的工作原理

2.1 集成霍尔传感器

集成霍尔传感器中包括恒压源，霍尔电势发生器，差分放大器，施密特触发生器，OC门输出，三个引出段分别为电源U+,接地GND和输出OUT.

用集成开关型霍尔传感器连接线将实验架上的霍尔传感器和主机箱前面板上的单摆信号输入端口的插孔连接，主机箱后面板上的信号输出端口2和计算机实测物理实验仪接口后面板上的信号输入端口连接。

当小磁钢随小球从集成霍尔开关的VOUT端输出一个信号给计时器时，其中起桥梁作用的为模数转换，它把输入的模拟信号转化成数字信号输出，其常写成A/D转换，亦即ADC,其模拟信号为电压信号，它输出的建立时间受输出放大器的影响，其需要数微秒，它必须通过运算放大器进行输出信号转换，转换精度相对应的模拟基准电压。即将其模拟信号变换成相对应的数字量输出，由此，单片机根据振动N次总计时时间和摆动次数，计算出单摆的摆动周期。

HTM-3型霍尔开关计时仪

HTM-3型霍尔开关计时仪是一种高精度数字式测时仪器，其测时精度达0.001s，它由5v直流电源和电子计时器组成，三个霍尔开关对应的接线柱，可方便的将霍尔开关接入，当用铷铁硼小磁钢的某一磁极去接近霍尔开关的感应面时，计时仪立即开始计时(磁钢和霍尔开关的感应距离是一定的，主要取决于霍尔开关的特性和磁钢磁性的强弱)，并且只有当磁场撤去后，再一次接近霍尔开关时，计时仪才会停止计时，这样就算测量了一个周期，而测量周期的次数是可以设置的。

单片机

单片机包含驱动电路，脉冲调制电路，模拟多路转换器，A/D转换器等电路。它具备通信接口，可以很方便的与计算机进行数据通信。

光探测器

光探测器是光接收机的首要部分。当点光源在某一方向上传送光时，光探测器采集数据，即通过传感器等系统器件(用五芯的电缆线将主机箱后面板上的信号输出端口与暗箱上的小电珠电源输入端口连接，再用五芯的电缆线将A/D转换通道B输入端口与暗箱上的光探测器信号输出端口连接，可调节A/D通道B幅度调节按钮，改变信号放大倍数，其测量电压小于2.5v,一般在1.5v-2.5v.).能检测出入射到其面上的光功率，并把这个光功率的变化转化为相应的电流，进而通过数模转换将其转化为相应的数字量输出。通过照射在光探测器上的光强随它与光源间距离的变化情况，总结出点光源的光强与距离的数学关系，进而验证点光源照度与距离之间的关系。

计算机在实验中的应用举例

单摆的运动

用单摆测定重力加速度实验中的周期公式 只是一个近似公式，只有当幅角θm趋向于零时才完全成立。如果忽略单摆悬线的质量以及空气的浮力和阻力的影响，并将摆球视为质点。则当幅角为θ时，单摆振动周期的精确度应为 0.0001s ， 式中。如果取二级近似，那么振动周期可表示为:,

当角度小于3度时，可以认为T=T0,又因为2T与θ成线性关系，所以只要测出不同幅角时测出不同幅角时的振动周期，即可作出图线，可进行线外推，当角度趋于零时，即可获得截距T0，从而得到幅角为零时的周期。

实验中首先进入单摆实验界面，选择“小摆角测量重力加速度”界面，从实验界面可以看出，同一摆长测量3次单摆周期，并求平均值。

调节好单摆摆长，在实验界面上设置好摆长参数。选择好测量点，并点击“开始测量”按钮，摆动摆球，系统将从第三次过平衡位置时，开始计数及计时。点击“停止测量”按钮即可停止计数及计时，系统将自动计算出单摆的周期。

同一摆长情况下测量三个周期来求其平均值。

调节不同摆长进行实验

测量完成后，设置好需要进行数据处理的点数，只能是1-10的数。点击“描点”按钮，系统将需要的数据描绘在坐标图中。分析数据，得出斜率，截距，相关系数等结果，最后求出重力加速度

点击进入“大摆角测量重力加速度”界面，进行下一个大摆角重力加速度实验，摆长可取大些值。

设置好单摆摆角，并使单摆摆动的摆角和设置的摆角对应。测量其周期，其操作方式及步骤和小摆角测量重