实验十四 用位移传感器研究自由落体运动

实验目的

研究自由落体的运动规律。

实验原理

用位移传感器发射器作为自由落体，位移传感器接收器固定在铁架台上，当传感器发射模块下落时，描绘记录下自由落体的“s-t”图线。借助软件功能分析自由落体的规律。

实验器材

朗威DISLab、计算机、铁架台、减震回收装置（垫有海棉或绒布的纸篓）等。

实验装置图

见图14-1（固定在铁架台上的是位移接收模块，下方手持的是位移发射模块）。

图14-1 实验装置图

实验过程与数据分析

1．将位移传感器接收器垂直向下固定在铁架台上，接入数据采集器第一通道；

2．打开“组合图线”窗口，点击“添加”，选取“时间-位移”；

3．将铁架台置于实验桌边缘，使位移传感器接收器与地面的减震回收装置正对，以确保发射模块自由下落后可落入其中；

4．打开发射模块的电源，使其与接收模块正对，释放发射模块，使其自由下落，获得“s-t”图线（图14-2）；

图14-2 自由落体的s-t图

5．因下落时间极为短暂，故“s-t”图线近乎垂直。利用软件的“自由坐标”功能，图14-2中的图线已经过了适当拉伸（横轴），以便于观察和分析；

6．在“s-t”图线上选择“有效区段”（图14-3），对所选区段进行“二次多项式拟合”，发现拟合图线与实测图线完全重合（图14-4），说明位移s与运动时间t为二次方关系；

图14-3 选择有效区段

图14-4 二次多项式拟合

7．对拟合图线进行“求导”，导数曲线为一条直线（图14-5），即速度与时间的关系为线性关系；

图14-5 求导

8．对“求导曲线”进行“线性拟合”（图14-6）。由拟合图线的直线方程：y=（982.9129x）+（-8848.2236），得出该拟合图线的斜率为982.9（cm/s²），即9.829（m/s²），其物理意义为速度的变化率，也就是重力加速度；

图14-6 显示线性拟合方程

9．将实验结果与当地重力加速度值（实验地为济南市）进行对比。讨论在研究自由落体运动实验中使用位移传感器给了我们什么启发？

发布时间：2013/1/14 上午11:45:40  阅读次数：8179