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霍尔开关在自制智能型单摆实验仪中的应用

返回列表 来源:华芯霍尔元件 浏览:0 发布日期:2020-07-21 08:27:00【

在单摆法测重力加速度实验中,误差的主要来在于周期的测量。为减小周期测量误差,我们在传统的单摆实验装置基础上进行改进,设计利用霍尔开关传感器和多功能毫秒仪来实现自动计时和计数。经实验检验,测量精度明显提高。

改进的方法及原理

在传统的单摆实验仪中的钢球下部钻一圆柱形凹槽,下部中央安装小圆柱磁钢,将霍尔开关传感器组件安装在单摆实验仪弧形标尺中央的正下方,如图1所示。然后将霍尔开关传感器组件与配套的多功能数字毫秒仪相连接,当单摆钢球摆动经过霍尔元件上方时,多功能毫秒仪就会显示相应的次数和所用时间。

由于摆球只能位于摆角指示标尺位置的高度,这会导致摆长不足,为此应将单摆立柱适当加长(可直接将另一单摆实验仪的立柱的一节拆下,用机床加工后用来加长)。为保证摆球初始摆动的稳定性,在摆角指示标尺上安装一铝合金材质的长方体,作为摆球初始定位装置,如图1所示。该长方体靠摆球一侧有球面形凹槽,实验开始时,要将摆球靠在该定位装置上。

把多功能毫秒仪计时次数设定为2次,当摆球第一次摆动至霍尔开关传感器正上方时,摆球底部小磁钢的磁极靠近使它产生输出信号,信号被传送至多功能毫秒仪(见图2),毫秒仪次数显示屏显示为00,时间显示屏开始计时,当摆球第二次经过它的正上方时,毫秒仪显示屏显示01,当摆球第三次经过霍尔开关传感器正上方时,毫秒仪显示屏显示02,此时显示屏显示的是一个周期的时间。

改进后单摆法测重力加速度的操作步骤

  1. 测量摆长L:取摆长接近1m,测量悬线长度1六次及小球直径一次,求平均得:

L=l+d/2

  1. 调整水平调节螺钉使摆线与其在反射镜中的影像。反射镜中央红线重合。
  2. 调整摆角指示标尺和霍尔开关传感器组件(二者已固定在一起)的位置,并调整俯仰调节螺钉,使它贴近摆球底部中央,同时使摆线对齐摆角指示标尺“0”刻度线。
  3. 将它与多功能毫秒仪相接。红线接毫秒仪"+5V"接线柱,黑线接“GND”接线柱黄线接“IN PUT"接线柱。
  4. 将多功能毫秒仪的计时次数设为60,打开电源开关。
  5. 使摆球靠在定位装置上,放开摆球,按多功能毫秒仪面板上的RESET键,观察多功能毫秒仪计时和计数情况,若计数不准,重复第三步的调整。若正常,则在摆球摆动靠近定位装置时,按多功能毫秒仪面板上的RESET键。
  6. 待多功能毫秒仪停止计数和计时时,读取数据,计算周期T=T30/30。
  7. 计算重力加速度。
  8. 改变摆长,测摆长及周期,计算重力加速度。

通过利用霍尔开关传感器和多功能数字毫秒计对传统单摆进行改进,实现了计时和计数的智能化,减小了测量的繁杂工作,提高了测量精度。构思巧妙,技术上比较先进。该仪器可作为测量重力加速度的自主探究实验,同时因可显示出单摆在振幅不断减小的过程中的各个周期,可作为课堂演示仪器,直观演示振动周期与振幅无关的规律。

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