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XBL-1500F自由落體試驗儀

　　本試驗儀器是根據我公司發明的專利項目《一種測量位移、速度、加速度的方法及系統》(專利號：201210144157.2)所研制開發的精密數字化物理試驗儀器。

　　其中XBL-1500L/XBL-1500N/XBL-1500M/XBL-1500SP/XBL-1500E五種儀器主要硬件部分完全相同，只要增加少許配件及相應軟件就可隨意交替使用。

【儀器組成】

XBL-1500F自由落體試驗儀

如上圖，自由落體試驗儀由導向器1、落體球2、線光源3、二維傾斜調節器4、CCD線掃描相機5、數據采集卡、系統軟件、計算機系統組成。

【儀器概況】

1、落體：采用任意球如健身鐵球、健身石球、乒乓球、高爾夫球、網球等，這些球均是低成本、易采購的物品。

2、數據采集：采用線掃描CCD相機探測落體的位置，CCD的像素為5150，像素尺寸為7微米，鏡頭采用50毫米定焦光學鏡頭，孔徑范圍：f/1.8-f/22。

3、采樣頻率：每毫秒采樣1次。

4、光源：采用1500毫米長的節能白色日光燈，功率：35W。

5、位移測量精度：±0.3mm。

6、數據處理：采用C++開發的專用測量軟件，在WINDOWS操作系統下運行，能以表格、圖像、公式等多種方式顯示、打印，有多種數字擬合方法，原始測量數據可以保存為EXCEL文件格式，方便學生自主處理。

【儀器原理】

線光源垂直放置，線光源發出的光線由線掃描CCD相機接收并轉換成電流信號，電流信號經數據采集卡轉換成數字信號后送入計算機進行運算，當落體球下落時，會擋住光線，計算機可以實時計算出被擋光線的位置即落體的位移及相應的時刻，對采集到的大量的位移及時間數據，采用小二乘曲線擬合的方法計算出位移隨時間變化的函數，對該函數一次求導可求出落體運動的速度，兩次求導可求出物體運動的加速度，同時結合物體的質量還可精確地計算出一系列與運動相關的物理量如動量、動能、勢能、重力加速度、空氣阻力等。

【系統軟件】

1、原始測量數據界面

上圖為原始數據顯示界面，從中可以看出本次自由落體試驗經歷了477.37毫秒，系統進行了449個點的采樣，平均1毫秒采樣一次數據。

2、擬合數據界面

上圖為對測試數據進行擬合后的界面，共有三個顯示窗口，分別顯示位移—時間曲線、速度—時間曲線、加速度—時間曲線，位移—時間窗口同時顯示測試數據及擬合數據，通過擬合后的曲線可計算出當地的重力加速度為9.841704。

3、數據輸出界面

原始測量數據可以保存為EXCEL文件，方便同學們自主對數據進行處理。

4、打印試驗報告，打印出的試驗報告如下頁所示。