中學(xué)物理信息化實驗的教學(xué)研究

1、.：.； 6 -中學(xué)物理實驗教學(xué)實驗論文論文標(biāo)題 中學(xué)物理信息化實驗的教學(xué)研討 姓 名 李 浩 班 級 物理081班 學(xué) 號 08180122 同 組 人 陳 賀 實驗時間： 2021 年 4 月 14 日中學(xué)物理信息化實驗的教學(xué)研討李 浩浙江師范大學(xué) 數(shù)理與信息工程學(xué)院【摘 要】信息化實驗曾經(jīng)越來越遭到教育任務(wù)者的注重，本文舉例論述了部分信息化實驗的原理和運用，并分析了其利與弊?！娟P(guān)鍵詞】傳感器 DIS 計算機 信息化1 引言隨著信息時代的開展，信息技術(shù)與中學(xué)物理實驗教學(xué)的結(jié)合越來越嚴(yán)密，國內(nèi)各省市高級中學(xué)陸續(xù)將信息技術(shù)引入物理實驗教學(xué)中，提高中學(xué)物理實驗的可視化、詳細(xì)化、籠統(tǒng)化程度，使得物

2、理實驗教學(xué)課堂更充實，更活潑。各類傳感器的引入為信息化實驗的教學(xué)提供了工具和優(yōu)勢，運用傳感器，將各類信號轉(zhuǎn)化成電信號，輸入計算機，運用計算機進展數(shù)據(jù)的處置，加強了實驗的準(zhǔn)確度，節(jié)省了實驗時間，學(xué)生可以將節(jié)省下來的時間投入更深層次的學(xué)習(xí)。2 傳感器傳感器是一種物理安裝或生物器官，可以探測、感受外界的信號、物理條件如光、熱、濕度或化學(xué)組成如煙霧，并將探知的信息傳送給其他安裝或器官。本文討論的主要是作為物理安裝的傳感器。傳感器是能感受規(guī)定的被丈量并按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換成可用信號的器件或安裝，通常由敏感元件和轉(zhuǎn)換元件組成。傳感器是一種檢測安裝，能感遭到被丈量的信息，并能將檢測感遭到的信息，按一定規(guī)律變換

3、成為電信號或其他所需方式的信息輸出，以滿足信息的傳輸、處置、存儲、顯示、記錄和控制等要求。它是實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。 在利用信息的過程中，首先要處理的就是要獲取準(zhǔn)確可靠的信息，而傳感器是獲取自然和消費領(lǐng)域中信息的主要途徑與手段?，F(xiàn)代工業(yè)消費尤其是自動化消費過程中，要用各種傳感器來監(jiān)視和控制消費過程中的各個參數(shù)，使設(shè)備任務(wù)在正常形狀或最正確形狀，并使產(chǎn)品到達最好的質(zhì)量。因此可以說，沒有眾多的優(yōu)良的傳感器，現(xiàn)代化消費也就失去了根底。 在根底學(xué)科研討中，傳感器更具有突出的位置?，F(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的開展，進入了許多新領(lǐng)域：例如在宏觀上要察看上千光年的茫茫宇宙，微觀上要察看小到厘米的粒子世界，縱向

4、上要察看長達數(shù)十萬年的天體演化，短到秒的瞬間反響。此外，還出現(xiàn)了對深化物質(zhì)認(rèn)識、開辟新能源、新資料等具有重要作用的各種極端技術(shù)研討，如超高溫、超低溫、超高壓、超高真空、超強磁場、超弱磁碭等等。顯然，要獲取大量人類感官無法直接獲取的信息，沒有相順應(yīng)的傳感器是不能夠的。許多根底科學(xué)研討的妨礙，首先就在于對象信息的獲取存在困難，而一些新機理和高靈敏度的檢測傳感器的出現(xiàn)，往往會導(dǎo)致該領(lǐng)域內(nèi)的突破。一些傳感器的開展，往往是一些邊緣學(xué)科開發(fā)的先驅(qū)。 由此可見，傳感器技術(shù)在開展經(jīng)濟、推進社會提高方面的重要作用，是十清楚顯的。世界各國都非常注重這一領(lǐng)域的開展。置信不久的未來，傳感器技術(shù)將會出現(xiàn)一個飛躍，到達與

5、其重要位置相稱的新程度。3 傳感器的任務(wù)原理傳感器任務(wù)原理的是運用物理效應(yīng)，諸如壓電效應(yīng)，磁致伸縮景象，離化、極化、熱電、光電、磁電等效應(yīng)。被測信號量的微小變化都將轉(zhuǎn)換成電信號。大多數(shù)傳感器是以物理原理為根底運作的。向傳感器提供15V電源，激磁電路中的晶體振蕩器產(chǎn)生400Hz的方波，經(jīng)過TDA2030功率放大器即產(chǎn)生交流激磁功率電源，經(jīng)過能源環(huán)形變壓器T1從靜止的初級線圈傳送至旋轉(zhuǎn)的次級線圈，得到的交流電源經(jīng)過軸上的整流濾波電路得到5V的直流電源，該電源做運算放大器AD822的任務(wù)電源；由基準(zhǔn)電源AD589與雙運放AD822組成的高精度穩(wěn)壓電源產(chǎn)生4.5V的精細(xì)直流電源，該電源既作為電橋電源，

6、又作為放大器及V/F轉(zhuǎn)換器的任務(wù)電源。當(dāng)彈性軸受扭時，應(yīng)變橋檢測得到的mV級的應(yīng)變信號經(jīng)過儀表放大器AD620放大成1.5V1V的強信號，再經(jīng)過V/F轉(zhuǎn)換器LM131變換成頻率信號，經(jīng)過信號環(huán)形變壓器T2從旋轉(zhuǎn)的初級線圈傳送至靜止次級線圈，再經(jīng)過外殼上的信號處置電路濾波、整形即可得到與彈性軸接受的扭矩成正比的頻率信號，該信號為TTL電平,既可提供應(yīng)公用二次儀表或頻率計顯示也可直接送計算機處置。由于該旋轉(zhuǎn)變壓器動-靜環(huán)之間只需零點幾毫米的間隙，加之傳感器軸上部分都密封在金屬外殼之內(nèi)，構(gòu)成有效的屏蔽，因此具有很強的抗干擾才干。有些傳感器既不能劃分到物理類，也不能劃分為化學(xué)類。4 根本傳感器1熱敏電

7、阻熱敏電阻是最原始的傳感器之一，是將溫度的變化轉(zhuǎn)化成電阻的變化的實驗元件，熱敏電阻對溫度敏感，在不同的溫度下表現(xiàn)出不同的電阻值。熱敏電阻的主要特點是：HYPERLINK baike.baidu/view/495141.htm靈敏度較高，其HYPERLINK baike.baidu/view/220.htm電阻溫度系數(shù)要比金屬大10100倍以上，能檢測出10-6的溫度變化；HYPERLINK baike.baidu/view/3843916.htm任務(wù)溫度范圍寬，常溫HYPERLINK baike.baidu/view/481400.htm器件適用于-55315，高溫器件適用溫度高于315目前最

8、高可到達2000，低溫器件適用于-27355；體積小，可以丈量其他溫度計無法丈量的空隙、腔體及生物體內(nèi)血管的溫度；運用方便，電阻值可在0.1100k間恣意選擇；易加工成復(fù)雜的外形，可大批量消費；穩(wěn)定性好、過載才干強。實驗中以如右圖所示的熱敏電阻為例，丈量電阻在不同溫度下的阻值，探求熱敏電阻阻值和溫度的關(guān)系。實驗將熱敏電阻放入水中，改動水溫，用萬用表丈量熱敏電阻的阻值，記錄不同溫度下組織的大小，如表1所示，阻值變化圖象見以下圖。溫度C阻值溫度C阻值48232537.5346345259036377042296834.53960403166334330393292304850表1 不同溫度下熱敏電

9、阻的阻值由數(shù)值和圖像可以看出，此熱敏電阻是跟溫度負(fù)相關(guān)的，及溫度越高，電阻值越低，這是大部分熱敏電阻的特點，也存在電阻值與溫度正相關(guān)，即溫度越高，電阻值越高的熱敏電阻。同時，熱敏電阻也具有一定的弱點，比如溫度和阻值沒有嚴(yán)厲的線性關(guān)系，丈量溫度的范圍比較小，不適宜在高溫條件下運用等，在運用時應(yīng)該慎重選擇。2光敏電阻光敏電阻是利用HYPERLINK baike.baidu/view/19928.htm半導(dǎo)體的HYPERLINK baike.baidu/view/14336.htm光電效應(yīng)制成的一種電阻值隨入射光的強弱而改動的電阻器；入射光強，電阻減小，入射光弱，電阻增大。光敏電阻器普通用于光的丈量

10、、光的控制和光電轉(zhuǎn)換將光的變化轉(zhuǎn)換為電的變化。常用的光敏電阻器硫化鎘光敏電阻器，它是由HYPERLINK baike.baidu/view/50720.htm半導(dǎo)體資料制成的。光敏電阻器的阻值隨入射光線可見光的強弱變化而變化，在黑暗條件下，它的阻值暗阻可達110M歐，在強光條件100LX下，它阻值亮阻僅有幾百至數(shù)千HYPERLINK baike.baidu/view/19469.htm歐姆。光敏電阻器對光的敏感性即光譜特性與人眼對HYPERLINK baike.baidu/view/68621.htm可見光0.40.76m的呼應(yīng)很接近，只需人眼可感受的光，都會引起它的阻值變化。設(shè)計光控電路時，

11、都用HYPERLINK baike.baidu/view/23342.htm白熾燈泡小電珠光線或HYPERLINK baike.baidu/view/176997.htm自然光線作控制光源，使設(shè)計大為簡化。實驗中以如右圖所示的光敏電阻為例，丈量電阻在不同光照下的阻值，探求光敏電阻阻值和溫度的關(guān)系。實驗將光敏電阻放在強、中、弱三種不同的光照下，用萬用表丈量光敏電阻的阻值，記錄不同溫度下組織的大小。實驗測得，在正常光照的情況下，阻值為，在中強光的情況下，阻值為，在黑暗的情況下，其阻值為。由此可見，光敏電阻的阻值隨著光照條件的加強而減小。3繼電器如下圖的繼電器，是熱敏電阻的運用實例之一，當(dāng)溫度到達一

12、定程度時，繼電器可以任務(wù)，發(fā)出響聲。實驗測得的任務(wù)溫度是63.3C，這種繼電器可以作為報警器運用，防止溫度過高對用電器呵斥不用要的損壞。5 朗威微機輔助高級物理實驗系統(tǒng)隨著計算機技術(shù)的開展，計算機輔助實驗越來越遭到研討者的青睞。隨著中學(xué)物理實驗的要求不斷提高，基于“傳統(tǒng)儀器+傳感器+計算機的實驗方式逐漸走進物理實驗教學(xué)的課堂。計算機輔助實驗多是傳感器和計算機的結(jié)合，是傳感器的運用。早在上世紀(jì)七八十年代，美國就開場將傳感器技術(shù)、計算機技術(shù)等運用于實驗儀器的改良及教學(xué)當(dāng)中，我國在這方面的起步相對較晚。目前在數(shù)字化實驗儀器方面，國際上知名的當(dāng)數(shù)美國PASCO公司，其產(chǎn)品涵蓋了物理、化學(xué)等多個學(xué)科。國

13、內(nèi)較為知名的是山東遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份，其推出較為系統(tǒng)的朗威系列數(shù)字化實驗儀器品牌。本文以單擺測重力加速度的實驗為例，引見朗威微機輔助高級物理實驗系統(tǒng)的任務(wù)。實驗?zāi)康恼闪繂螖[的振動周期，驗證其等時性，丈量重力加速度。實驗器材 朗威LlongwillTM微機輔助高級中學(xué)物理實驗系統(tǒng)、微機、單擺等。操作步驟1取出單擺傳感器，接入數(shù)據(jù)采集器的第一輸入口。2點擊“停頓數(shù)據(jù)采集，防止記錄將調(diào)試階段的擋光數(shù)據(jù)。3進展“計時設(shè)置，將通道一設(shè)置為“時辰下的“隔次方式。4在單擺擺球的下面安裝10毫米長的火柴桿或牙簽等，調(diào)整擺長和光電門的位置，使火柴桿可經(jīng)過單擺傳感器順利擋光，并確保單擺傳感器定位在單擺運動的平衡位

14、置。5點擊“開場數(shù)據(jù)采集，將擺球擺動。6讓擺球下的小木棒經(jīng)過單擺傳感器數(shù)十次以上，點擊“停頓數(shù)據(jù)采集。7翻開“數(shù)據(jù)分析表格，將“變量一命名為T6，將實驗數(shù)據(jù)欄T1內(nèi)的數(shù)據(jù)全部選中復(fù)制，以次序列的“第二次所在行對應(yīng)的T6欄的單元格為起點，粘貼復(fù)制的實驗數(shù)據(jù)。8將“表達式一命名為“周期，并輸入公式“T1-T6，即T1中記錄的擺球經(jīng)過傳感器的某一時辰減去前一時辰，可得出單擺的振動周期，并經(jīng)過公式g=42L/T2得出重力加速度。點擊“數(shù)據(jù)計算，得出實驗結(jié)果，如以下圖所示。6 單擺實驗的對比如右圖所示，傳統(tǒng)的單擺測重力加速度的實驗也是經(jīng)過丈量單擺的周期來計算重力加速度的，不過傳統(tǒng)的實驗多是由實驗者本人經(jīng)過停表丈量單擺的周期，由于實驗者的要素而呵斥的誤差難以防止，所以，常規(guī)實驗中，也采用了光電門這種傳感器，記下單擺擺五十下所用的時間，進而計算出單擺的周期T，那么重力加速度。經(jīng)過丈量，單擺擺動30次所用的時間為49.25s，那么單擺的周期為，重力加速度。7 實驗總結(jié)與領(lǐng)會信息化實驗是高中物理實驗教學(xué)中的新型產(chǎn)品，同時也是高中物理實驗的重要組成部分。利用信息技術(shù)進展物理實驗教學(xué)前，需求了解信息化實驗的原理和所用物理儀器的功能，教學(xué)時為學(xué)生講解信息化實驗器具的原理和運用本卷須知。在進展實驗課的過程中，由于信息化實驗多是集成性的實驗