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基于LEGOEV3的单摆测量重力加速度实验设计
作者：贺思源来源：《电子技术与软件工程》2017年第12期
摘要利用单摆测量重力加速度实验是高中物理一项重要的实验内容。实验中，通常使用秒表测量单摆运动时间，人工计数摆动次数，该方法简单有效，但由于人为因素的影响，往往使单摆的运动周期测量产生较大误差，从而使重力加速度的测量出现较大偏差。为减小该方法所带来的测量误差，本文提出了一种利用LEGOEV3控制模块和颜色传感器，通过RobotC编程进行单摆重力加速度测量的方案，实验证明该方法能够有效降低了测量误差，提高了测量的精度。
【关键词】单摆实验LEGOEV3RobotC编程
1引言
在利用单摆测量重力加速度的实验中，需要测量单摆的运动周期。通常的方法是人工计数摆球运动周期次数，利用秒表计总时间，最后根据公式（1）求出单摆的运动周期。
（1）
式中T为单摆运动周期，N为单摆的运动周期数，为运动总时间。求出T后，根据公式（2）即可求得重力加速度g。
（2）
在该实验中，由于是人工使用秒表计时，计时的起点位置和终点位置不可能完全重合，会引起T产生较大误差，从而给g的测量带来较大误差。
2方案设计
为了减小单摆运动周期测不准所引起的误差，就需要改变计时方法，提高摆球运动周期的测量精度。为此，利用LEGOEV3控制器及其颜色传感器设计了一种自动测量单摆运动周期，计算重力加速度的实验方案。
LEGOEV3是一款可编程Lego机器人控制器，有4个传感器输入端口和4个输出端口，支持USB、蓝牙、WiFi与电脑通迅。4个传感器输入端口可以连接超声波传感器（45504）、
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颜色传感器（45506）、陀螺仪（45505）和触碰传感器（45507），其中颜色传感器不仅可以测量物体的颜色，还可以像光电传感器一样测量光的反射值。
在新的单摆法测量重力加速度实验方案中，保持单摆装置不变，取消了秒表，增加LEGOEV3控制器和颜色传感器等实验器材。实验中，通过LEGOEV3控制器控制颜色传感器，测量单摆的摆球经过颜色传感器时反射光的变化，计数摆球的摆动次数，同时对摆球运动计时，然后根据摆动次数和时间自动计算单摆的运动周期和重力加速度值，并在LEGOEV3控制器上显示出周期T、单摆运动时间t和重力加速度g。
3程序设计
使用LEGOEV3控制器控制颜色传感器进行单摆重力加速度测量之前，首先需要进行测量程序的设计，对LEGOEV3进行编程，编写自动完成T和g测量的程序。有多种编程语言支持对LEGOEV3编r