智能型重力加速度測試儀的研制

摘要：智能型重力加速度測試儀，是在原單擺實(shí)驗裝置的基礎上，采用單片機和紅外光電傳感器實(shí)現對擺球的檢測和控制，進(jìn)而實(shí)現自動(dòng)釋放擺球、自動(dòng)計數、自動(dòng)計時(shí)、同時(shí)將檢測信號進(jìn)行自動(dòng)處理，算出重力加速度。使傳統單擺測量重力加速度的方法得到了較大的改進(jìn)，提高了測量精度。
關(guān)鍵詞：?jiǎn)螖[；重力加速度；單片機

0 引言
目前大學(xué)物理實(shí)驗中單擺測定重力加速度的傳統測量方法一般采用機械秒表手動(dòng)計時(shí)，人工計數，由于人的反應能力有限，易產(chǎn)生計時(shí)和計數誤差；而且手動(dòng)釋放小球容易形成圓錐擺，對測量結果造成較大影響；再加上它是運用簡(jiǎn)諧振動(dòng)原理的一種近似的測量方法，測量精度受小球擺動(dòng)的次數n、單擺的擺長(cháng)l、擺角θ和是否形成圓錐擺等多種因素的影響。為了研究單擺測定重力加速度實(shí)驗，我們設計制作了重力加速度智能測量裝置，利用它能夠實(shí)現鍵盤(pán)輸入數據、自動(dòng)計數、自動(dòng)計時(shí)、自動(dòng)釋放擺球、自動(dòng)計算并顯示當地重力加速度的數值，利用該自制裝置，可以對影響測量精度的多種因素做深入細致的研究。

1 原理與誤差分析
利用單擺測重力加速度的傳統方法是用一根不可伸長(cháng)的細線(xiàn)一端系住小球，另一端固定，使小球在重力作用下做簡(jiǎn)諧運動(dòng)。測出擺長(cháng)l(包括多次測量的小球半徑)，和小球擺動(dòng)n(n>10)次的時(shí)間t，求出n次擺動(dòng)的平均周期T，利用式(1)


只有θ角很小時(shí)，才可忽略其影響，重力加速度的表達式才可簡(jiǎn)化為(1)式，但是究竟θ多小時(shí)才算是很小?按微小誤差準則，應當是由于忽略θ引入的誤差小于其它項誤差的1／3才可以。
再者擺長(cháng)l和時(shí)間周期T的測量也會(huì )形成測量誤差，由誤差合成原理可得由l和T引起的測量重力加速度的相對誤差為

由t=nT(n為小球擺動(dòng)的次數，T為小球擺動(dòng)的周期)得

由擺長(cháng)l和時(shí)間周期T形成的誤差應有正負，由式(3)得忽略θ角引起的誤差應為負誤差，因為g測與理論值相差很微小，所以示值相對誤差為
總絕對誤差為△g=g測×Eg (10)
實(shí)際值為g實(shí)際=g測±△g (11)

2 實(shí)驗裝置
2．1 實(shí)驗裝置外觀(guān)整體圖