传感器实验

传感器实验

实验一牛顿第三定律

【实验目的】

验证牛顿第三定律

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，力传感器

【实验现象与解释】

两手各持一只传感器，拉动传感器，得到的“力—时间”关系图像如图1所示，可以看到两条曲线重合，即对于每一个作用力，必然有一个反作用力。作用力与反作用力总是成对出现的，它们同时存在，同时消失，大小相等，方向相反，分别作用在两个相互作用的物体上。

图1 通常显示模式下的组合波形

对其中一条曲线作镜像处理，得到的图像如图2所示，体现了作用力与反作用力等大反向的特点。

图2 将一条图线设置为镜像模式

两个传感器相互敲击得到如图3所示图像，体现了作用力与反作用力同时存在同时消失的特点。

图3 镜像模式下的敲击图线

实验二超重与失重

【实验目的】

观察超重与失重现象，探究产生超重与失重的原因

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，力传感器，重物

【实验现象与解释】

重物在快速下降和上升过程中，通过力传感器得到图4所示图像。

图4 超重与失重图像

图中开始时为未加重物时力传感器的受力情况，可以看出受力为零，加重物后，物体静止时，为一条不为零的水平线。第一个波动为快速下降至静止时的拉力情况，可以看到，图线是先下降后上升，最后降为与重物重力相等。当物体加速下降时，物体所受的拉力小于重力，若拉力为零，则物体的加速度为g，为自由落体运动；当物体逐渐停下来时，物体减速向下运动，即加速度向上，物体所受的拉力大于重力。第二个波动为快速上升至静止时的拉力情况，可以看到，图线是先上升后下降，最后升为与重物重力相等。当物体加速上升时，物体所受的拉力大于重力，；当物体逐渐停下来时，物体减速向上运动，即加速度向下，物体所受的拉力大于重力。

物体在向上或向下作加速运动时，对支持物的作用力大于或小于重力，这种现象称为超重或失重。

实验三弹簧振子的振动图像

【实验目的】

观察弹簧振子的振动图像

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，位移传感器发射器，位移传感器，弹簧振子实验器

【实验现象与解释】

实验获得的弹簧振子的振动图像如图5所示。

图5 弹簧振子的振动图像

将位移传感器发射器作为弹簧振子固定在弹簧振子实验器上并使之振动，获得的s-t曲线即为弹簧振子的振动图像。

实验四简谐振动过程中振子位移与弹簧受力关系研究

【实验目的】

观察弹簧振子的位移与力的关系

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，力传感器，朗威DISLab，计算机，力传感器，弹簧，铁架台，支架

【实验现象与解释】

将位移传感器发射器作为弹簧振子，将平衡位置时的拉力与位移均设为零，得到在简谐振动过程中的位移与力图像如图6所示，为将一条图线向上平移后的图像。

图6弹簧振子的位移与力图线

由图中可以看到，在弹簧振子的位移最小时（发射模块最靠近接收模块），振子对弹簧的拉力最大；位移最大时（发射模块最远离接收模块），振子对弹簧的拉力最小（示重已小

于振子的重量）。即弹簧振子在做简谐振动时，其位移与所受的力呈现同周期反相变化。

实验五胡克定律

【实验目的】

探究弹簧的伸长长度与弹力的关系

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，力传感器，螺旋弹簧组，透明塑料尺，彩色圆片

【实验现象与解释】

实验中得到的弹簧的伸长长度S、弹力F、弹性系数k如表1所示：

表1：胡克定律的验证

F（N）S（m）k=F/S （N/m）

1 -0.01 0 -1.0000

2 0.11 0.01 11.0000

3 0.20 0.02 10.0000

4 0.30 0.03 10.0000

5 0.40 0.04 10.0000

6 0.50 0.05 10.0000

7 0.60 0.06 10.0000

8 0.70 0.07 10.0000

9 0.79 0.08 9.8750

10 0.90 0.09 10.0000

11 1.02 0.10 10.2000

平均值0.5009 0.0500 9.0977

根据表中数据做出弹力与弹簧的伸长长度关系图像如图8所示。

图7弹力与弹簧的伸长长度关系图像

有图像可以看出弹力与弹簧的伸长长度近似为线性关系，由胡克定律，得弹簧的伸长长度s、弹力F之间有以下关系：

F=ks（k为弹性系数）

实验数据中获得的k一直在变化，但前两组较后几组变化较大，后几组中k的值近似相等，这是因为实验中所用的弹簧伸长长度不同情况下弹性系数不同，且实验中弹簧的伸长程度为人为控制，读数存在误差，且力传感器的读数会发生跳动，所以实验中所得的弹性系数会有误差。

实验六声波的振动图像

【实验目的】

观察声波的图像

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，声音传感器，音叉

【实验现象与解释】

敲击音叉，由声音传感器获得音叉发声时的图像，如图9所示。

图8 声音的振动图像

声波的本质是振动，由图可以看出，声音具备波形特征。

实验七噪声波形

【实验目的】

观察噪声的波形

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，声音传感器

【实验现象与解释】

由声音传感器获得的噪声波形如图10所示。

图9噪声的波形

由图像可以看出，噪声是发声体无规则振动时发出的声音。

实验八频率与音调的关系

【实验目的】

观察并研究声音音调与频率的关系

【实验器材】

朗威DISLab，计算机，声音传感器，音叉

【实验现象与解释】

敲击两个音调不同的音叉，得到如图11和图12所示的振动图像。

图10 低音音叉的图像