实验二 自由落体 【实验目的】 1.研究自由落体运动规律。 2.测定当地的重力加速度。 3.掌握计算机辅助数据采集和处理系统的原理和使用方法。 4.学习使用Videocom照相机测量物体运动的原理和方法。 【实验原理】 Videocom.照相机是专门与计算机连接而设计的专用照相机。通过使用单线CCD, Videocomi为计算机采集数据。该设备能高精度地记录物体的线形运动。 要记录一个实验物体的线形运动，需要在物体上贴上反光箔。Videocom相机通过识别 来自LED闪光照射在物体上反光箔的反射光，并通过测量来自背景反射光的强度来识别箔 的反射光，从而确定箔的位置。实验中Videocomi通过自由落体上反光箔的反光来确定物体 的位置和移动，然后计算出自由落体的速度、加速度和其它相关的物理量。 在测量前必须对系统进行定标。所谓定标是指“校正象素间距”。即使物体实际移动1米 时，物体的象在屏幕标尺上移动4000格。 线性化可以进一步提高测量精度，线性化的方法是对自由落体上二个反射光箔作一个 试验测量，软件利用对二个反射光箔的测量差值自动计算出校正值，线性化后应重新进行 校正。 实验实际测量的数据是S(t),软件缺省地计算显示V(t)和a(t),利用公式标签可以 计算和显示感兴趣的物理量，例如：E()=)m2+mg(h-s)是自由落体铁片的 机械能，利用E(t)即可了解自由下落过程中铁片机械能的变化。图(1)给出了主要实验 装置。 :nyt白1的的 图(1)自由落体实验装置 4
4 实验二 自 由 落 体 【实验目的】 1．研究自由落体运动规律。 2．测定当地的重力加速度。 3．掌握计算机辅助数据采集和处理系统的原理和使用方法。 4．学习使用Videocom照相机测量物体运动的原理和方法。 【实验原理】 Videocom照相机是专门与计算机连接而设计的专用照相机。通过使用单线CCD， Videocom为计算机采集数据。该设备能高精度地记录物体的线形运动。 要记录一个实验物体的线形运动，需要在物体上贴上反光箔。Videocom相机通过识别 来自LED闪光照射在物体上反光箔的反射光，并通过测量来自背景反射光的强度来识别箔 的反射光，从而确定箔的位置。实验中Videocom通过自由落体上反光箔的反光来确定物体 的位置和移动，然后计算出自由落体的速度、加速度和其它相关的物理量。 在测量前必须对系统进行定标。所谓定标是指“校正象素间距”。即使物体实际移动1米 时，物体的象在屏幕标尺上移动4000格。 线性化可以进一步提高测量精度，线性化的方法是对自由落体上二个反射光箔作一个 试验测量，软件利用对二个反射光箔的测量差值自动计算出校正值，线性化后应重新进行 校正。 实验实际测量的数据是S（t），软件缺省地计算显示V(t)和a(t)，利用公式标签可以 计算和显示感兴趣的物理量，例如: 1 ( 1) 2 1 ( ) 2 E t = mv + mg h − s 是自由落体铁片的 机械能，利用E(t)即可了解自由下落过程中铁片机械能的变化。图（1）给出了主要实验 装置。 图（1）自由落体实验装置
【供选择的研究课题】 1.自由落体运动规律的研究。 2.测量出当地的重力加速度。 3.研究空气阻力对测量的影响。 【实验仪器】 Video照相机，编号33747：照相机三角架，编号30059：电磁铁，编号33621：插入式 12v电源，编号526791：支架，编号33621：铁板（自由落体)，编号337472：导线：计算 机辅助数据采集和计算系统。 【实验提示】 1.阅读实验指导书或参考实验报告，了解实验的一般要求和基本过程。 2.阅读实验有关仪器的使用说明书。 3.接通计算机，点击Videocom图标，打开软件，阅读帮助文件和自由落体实验介 绍。 4.完成系统的定标。具体步骤如下： (1)将照相机置于自由落体高度2倍的位置。 (2)利用Videocom!照相机上的水平仪使照相机处于垂直位置。 (3)使铁板吸附在支架顶端的电磁铁上。调整支架顶端的电位器，使落体铁板 处于被吸附和落下的临界位置。 (4)调整装置使两个反射箔清楚地显示在显示器中。 (5)调整照相机位置，使两个反射象分别位于0.0m和0.2m。 5.在C:Data文件夹打开已有实验文件，了解实验参数的设置和实验数据显示的情 况。 6.在C:\StuData文件夹建立实验小组私用文件夹（以学号命名）。实验文件编号存入 实验小组私用文件夹。建立一个以学生姓名命名的文本文件，用以记录实验有关信息。 7.选择设置图标，设置实验参数。 44n0 ☒ 合⊙8回凸 PhVelocly Accemn Fonda Neston I Fare ineratty Teat] 9. 000 000 有1世982 300 Setting/Totk Colikesties MearrgPaontemLo Pan Cabision Fom NewnGm 习 为习 c=Ekoondmel.o■d yLEYBOLD DIDACTIC GneH:197-2000 图(2)实验参数设置示意图
5 【供选择的研究课题】 1．自由落体运动规律的研究。 2．测量出当地的重力加速度。 3．研究空气阻力对测量的影响。 【实验仪器】 Video照相机，编号33747；照相机三角架，编号30059；电磁铁，编号33621；插入式 12v电源，编号526791；支架，编号33621；铁板（自由落体），编号337472；导线；计算 机辅助数据采集和计算系统。 【实验提示】 1．阅读实验指导书或参考实验报告，了解实验的一般要求和基本过程。 2．阅读实验有关仪器的使用说明书。 3．接通计算机，点击Videocom图标，打开软件，阅读帮助文件和自由落体实验介 绍。 4．完成系统的定标。具体步骤如下： （1）将照相机置于自由落体高度2倍的位置。 （2）利用Videocom照相机上的水平仪使照相机处于垂直位置。 （3）使铁板吸附在支架顶端的电磁铁上。调整支架顶端的电位器，使落体铁板 处于被吸附和落下的临界位置。 （4）调整装置使两个反射箔清楚地显示在显示器中。 （5）调整照相机位置，使两个反射象分别位于0.0m和0.2m。 5．在C:\Data文件夹打开已有实验文件，了解实验参数的设置和实验数据显示的情 况。 6．在C:\StuData文件夹建立实验小组私用文件夹（以学号命名）。实验文件编号存入 实验小组私用文件夹。建立一个以学生姓名命名的文本文件，用以记录实验有关信息。 7．选择设置图标，设置实验参数。 图（2）实验参数设置示意图
8.选择供选用的研究课题或者提出自己的研究课题完成实验，把有关的文件编号存 入私用文件夹，把实验文件记入备注文件。 9.拷贝私用文件夹中有关文件，选择合适的数据处理方法，完成实验报告。 【实验注意事项】 1.实验前应仔细阅读仪器使用说明书，了解各种仪器正确的使用方法。 2.实验中应保持CCD和相机镜头的清洁，减少外界杂光对实验的影响。 3.拷贝实验数据的软盘，实验前交给老师统一进行格式化。 【讨论思考题】 1.试说明Videocom!照相机工作原理和使用方法。 2.参数△t的大小的设置对实验精度有什么影响？ 3.Videocom照相机位置会对测量产生什么影响？ 4.讨论说明计算机辅助采样和数据处理系统的优缺点。 5.对实验中出现的各种问题必须进行分析并作出结论。有可能的话作出简单的实验 估算和进行实验验证。看一看自己的判断是否正确。 6.说明线性校正的方法和原理，通过实验验证自己想法是否正确。 6
6 8．选择供选用的研究课题或者提出自己的研究课题完成实验，把有关的文件编号存 入私用文件夹，把实验文件记入备注文件。 9．拷贝私用文件夹中有关文件，选择合适的数据处理方法，完成实验报告。 【实验注意事项】 1．实验前应仔细阅读仪器使用说明书，了解各种仪器正确的使用方法。 2．实验中应保持CCD和相机镜头的清洁，减少外界杂光对实验的影响。 3. .拷贝实验数据的软盘，实验前交给老师统一进行格式化。 【讨论思考题】 1．试说明Videocom照相机工作原理和使用方法。 2．参数∆t的大小的设置对实验精度有什么影响？ 3．Videocom照相机位置会对测量产生什么影响？ 4．讨论说明计算机辅助采样和数据处理系统的优缺点。 5．对实验中出现的各种问题必须进行分析并作出结论。有可能的话作出简单的实验 估算和进行实验验证。看一看自己的判断是否正确。 6．说明线性校正的方法和原理，通过实验验证自己想法是否正确