科创中国
一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法
成果类型：: 发明专利
发布时间: 2022-10-21 15:55:00
科技成果产业化落地方案
方案提交机构：湖北省咸宁市| 余冬林 | 2022-10-22 16:46:07
在大学物理实验中，单摆测量重力加速度是一个重要的教学内容。当前单摆测量重力加速度经典的实验装置是金属摆球通过摆线固定在支架上进行小幅度摆动。利用米尺测量出摆线长度l′，利用游标卡尺测量出金属摆球的直径r，则可计算出摆长l＝l′+r/2。单摆测量重力加速度经典实验装置的误差之一主要来自单摆周期的测量上。要注意测准时间，要从金属摆球通过平衡位置开始计时，并采用倒数计数计时的方法，不能漏计或多计摆动次数。单摆周期的测量受人工计时和实验者对平衡位置判断的影响，测量周期和时间的准确度不高。本发明提供了一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法，属于物理实验方法技术领域。电磁铁的开关断开，金属摆球处于自由下垂状态，设置手机感光模块位于金属摆球正下方，保持手机位置不变；电磁铁的开关闭合，电磁铁对金属摆球产生磁吸力，金属摆球被磁吸至电磁铁处，再断开电磁铁的开关；打开手机中安装好的phyphox软件，打开phyphox软件中的感光模块采集光照度数据；利用感光模块采集到的光照度数据图形，导出光照度数据，得到单摆振动的周期T；从而计算当地的重力加速度。本发明具有精度高等优点。
本发明的目的可通过下列技术方案来实现：一种利用手机感光模块测量重力加速度的方法，其特征在于：包括一测量工具，所述测量工具包括底座、支撑杆一、支撑杆二、电磁铁、顶座、线状光源、摆线、金属摆球和感光模块；
所述支撑杆一和支撑杆二竖直连接在顶座和底座之间，所述顶座位于底座上方；
所述电磁铁安装在支撑杆一的内测，即靠近金属摆球的一侧，所述电磁铁的线圈串联有供电电源和开关，可通过开关控制电磁铁的导通和断开；
所述线状光源安装在所述顶座的下侧，用来为所述金属摆球提供均匀环境光；
所述摆线上端连接在所述顶座中心处，所述摆线下端与所述金属摆球连接；
所述金属摆球处于自由下垂状态时，所述感光模块位于所述金属摆球正下方；需要说明的是，所述感光模块的具体载体为：将手机置于底座上，手机内安装有phyphox软件，利用的是phyphox软件中的感光模块；为使实验效果更好，金属摆球的直径应大于手机感光模块的直径，金属摆球的直径大于手机上感光模块的感应区的物理直径。
与经典单摆测量重力加速度实验装置相比，本发明具有以下优点：以图形化方法测量出单摆周期T，相比秒表测量周期方法更准确、简单。
该技术在单摆测量加速度装置的基础上，提出一种方便测量重力加速度的方法，利用手机光传感器对金属摆球简谐振动形成的光照度变化进行采集，通过手机phyphox软件进行显示和分析，可方便地测量单摆振动的周期。该技术可应用在对重力加速度测量实验装置上，可实现新型重力加速度测量大物物理实验装置，具有良好的应用前景。
该技术研发团队由湖北科技学院光电技术工程中心的2位教授、2位副教授、1位讲师和1位主管技师组成，其中5人为相关专业博士，具有较强的研究水平。在前期的研究工作中已经形成了分工合理、合作紧密的小型研究团队。研究队伍还建立了光电实验室，该实验室有大二大三学生20名，经常参加各类学科竞赛并获奖。
该项技术负责人为湖北科技学院王可畏副教授，华中科技大学博士。共发表学术论文、专利50余篇，其中第一作者发表SCI论文6篇，中文核心1篇、教研论文7篇，发表发明专利8项、实用新型17项。
该成果投入的经费约为800元左右，目前需要完成实验仪器的设计、制作、升级，如实验仪器研制成功，预计售价为2000元/台；成果是对现有物理实验仪器设备的创新，具有推广性好等优点，具备良好的经济效益。
本团队有该项目的自主知识产权及掌握了核心技术，希望以技术入股或技术合作方式合作，资金需求为10万元，主要用于基于该专利的实验仪器的设计、制作、升级，期望将该项目打造成新型物理实验设备商品。
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