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用Ardui
o配合单摆测重力加速度
作者：李守良张敬云谢作如来源：《中国信息技术教育》2015年第23期
单摆测重力加速度是高中阶段必修的物理实验，该实验采用误差均分原理测量。在一定误差范围内，近似的周期测量公式为：T2π√Lg，将长度固定就可以发现g∝1T2。传统物理实验多次测量求取周期平均值，但是使用秒表手动计时和手动计算周期，不仅费时费力，并且也存在一定的人为误差。因此我们想使用Ardui
oUNO，自己动手制作一个单摆测重力加速度的装置。单摆测重力加速度的设计在动手制作单摆测量重力加速度之前，我们首先得知道单摆和周期的公式：T2π√Lg，根据这个公式我们可以换算出g4π2LT2，还可以发现只需要保证L的大小不变，测量周期的大小带入公式即可。
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现在测量重力加速度的问题就转换成了测量周期的问题，我们通过查找资料发现为了获得比较准确的周期数值，应注意这样两个问题：①多次测量求取平均值；②初始角度小于5度。在结构搭建方面，我们使用铁架台做底座，使用细线连接试管夹和小钢球，如图1所示。另外，为了检测小球转动的次数我们还使用了红外数字壁障传感器，只要测量出小球通过的时间，总时间除以总次数就是平均周期了。在正式实施的时候用手控制小球的启动，容易出现小球初始角度不一致和小球不停旋转的问题，这对结果影响会很大。因此我们就想使用电磁铁控制小球释放，当给电磁铁通电时，电磁铁吸引小钢球，按下按钮电磁铁自动释放。但我们身边的电磁铁电压是12V，而我们的Ardui
oUNO只能提供5V的电压，因此需要加入一个继电器转换电压。为了方便安置电磁铁我们使用3D打印机制作了一个配套的底座，如图2所示。为了可以使实验脱离电脑，我们为装置安装了一个LCD屏，并给Ardu
ioUNO提供了一个外接电源。在实际操作的过程中，小球转动的次数对结果的影响很大，但是每一次手动改变记录的次数又很麻烦，我们加入角度传感器，通过控制角度传感器的角度可以实现次数的记录。最后通过测试，我们发现在本实验中记录40次结果是最好的。综上所述，制作本品所需要的材料和说明如下页表所示。
代码编写本次实验的代码比较简单，我们选择北京师范大学创客教育实验室开发的图形化编程软件Mixly，使用Mixly这款软件编写Ardui
o代码非常简单，具体代码如图3、图4所示。测试效果
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通过点击按钮小球释放，单摆运r