中学物理信息化实验的教学研究

1、.：.； 6 -中学物理实验教学实验论文论文标题 中学物理信息化实验的教学研讨 姓 名 李 浩 班 级 物理081班 学 号 08180122 同 组 人 陈 贺 实验时间： 2021 年 4 月 14 日中学物理信息化实验的教学研讨李 浩浙江师范大学 数理与信息工程学院【摘 要】信息化实验曾经越来越遭到教育任务者的注重，本文举例论述了部分信息化实验的原理和运用，并分析了其利与弊。【关键词】传感器 DIS 计算机 信息化1 引言随着信息时代的开展，信息技术与中学物理实验教学的结合越来越严密，国内各省市高级中学陆续将信息技术引入物理实验教学中，提高中学物理实验的可视化、详细化、笼统化程度，使得物

2、理实验教学课堂更充实，更活泼。各类传感器的引入为信息化实验的教学提供了工具和优势，运用传感器，将各类信号转化成电信号，输入计算机，运用计算机进展数据的处置，加强了实验的准确度，节省了实验时间，学生可以将节省下来的时间投入更深层次的学习。2 传感器传感器是一种物理安装或生物器官，可以探测、感受外界的信号、物理条件如光、热、湿度或化学组成如烟雾，并将探知的信息传送给其他安装或器官。本文讨论的主要是作为物理安装的传感器。传感器是能感受规定的被丈量并按照一定的规律转换成可用信号的器件或安装，通常由敏感元件和转换元件组成。传感器是一种检测安装，能感遭到被丈量的信息，并能将检测感遭到的信息，按一定规律变换

3、成为电信号或其他所需方式的信息输出，以满足信息的传输、处置、存储、显示、记录和控制等要求。它是实现自动检测和自动控制的首要环节。 在利用信息的过程中，首先要处理的就是要获取准确可靠的信息，而传感器是获取自然和消费领域中信息的主要途径与手段。现代工业消费尤其是自动化消费过程中，要用各种传感器来监视和控制消费过程中的各个参数，使设备任务在正常形状或最正确形状，并使产品到达最好的质量。因此可以说，没有众多的优良的传感器，现代化消费也就失去了根底。 在根底学科研讨中，传感器更具有突出的位置。现代科学技术的开展，进入了许多新领域：例如在宏观上要察看上千光年的茫茫宇宙，微观上要察看小到厘米的粒子世界，纵向

4、上要察看长达数十万年的天体演化，短到秒的瞬间反响。此外，还出现了对深化物质认识、开辟新能源、新资料等具有重要作用的各种极端技术研讨，如超高温、超低温、超高压、超高真空、超强磁场、超弱磁砀等等。显然，要获取大量人类感官无法直接获取的信息，没有相顺应的传感器是不能够的。许多根底科学研讨的妨碍，首先就在于对象信息的获取存在困难，而一些新机理和高灵敏度的检测传感器的出现，往往会导致该领域内的突破。一些传感器的开展，往往是一些边缘学科开发的先驱。 由此可见，传感器技术在开展经济、推进社会提高方面的重要作用，是十清楚显的。世界各国都非常注重这一领域的开展。置信不久的未来，传感器技术将会出现一个飞跃，到达与

5、其重要位置相称的新程度。3 传感器的任务原理传感器任务原理的是运用物理效应，诸如压电效应，磁致伸缩景象，离化、极化、热电、光电、磁电等效应。被测信号量的微小变化都将转换成电信号。大多数传感器是以物理原理为根底运作的。向传感器提供15V电源，激磁电路中的晶体振荡器产生400Hz的方波，经过TDA2030功率放大器即产生交流激磁功率电源，经过能源环形变压器T1从静止的初级线圈传送至旋转的次级线圈，得到的交流电源经过轴上的整流滤波电路得到5V的直流电源，该电源做运算放大器AD822的任务电源；由基准电源AD589与双运放AD822组成的高精度稳压电源产生4.5V的精细直流电源，该电源既作为电桥电源，

6、又作为放大器及V/F转换器的任务电源。当弹性轴受扭时，应变桥检测得到的mV级的应变信号经过仪表放大器AD620放大成1.5V1V的强信号，再经过V/F转换器LM131变换成频率信号，经过信号环形变压器T2从旋转的初级线圈传送至静止次级线圈，再经过外壳上的信号处置电路滤波、整形即可得到与弹性轴接受的扭矩成正比的频率信号，该信号为TTL电平,既可提供应公用二次仪表或频率计显示也可直接送计算机处置。由于该旋转变压器动-静环之间只需零点几毫米的间隙，加之传感器轴上部分都密封在金属外壳之内，构成有效的屏蔽，因此具有很强的抗干扰才干。有些传感器既不能划分到物理类，也不能划分为化学类。4 根本传感器1热敏电

7、阻热敏电阻是最原始的传感器之一，是将温度的变化转化成电阻的变化的实验元件，热敏电阻对温度敏感，在不同的温度下表现出不同的电阻值。热敏电阻的主要特点是：HYPERLINK baike.baidu/view/495141.htm灵敏度较高，其HYPERLINK baike.baidu/view/220.htm电阻温度系数要比金属大10100倍以上，能检测出10-6的温度变化；HYPERLINK baike.baidu/view/3843916.htm任务温度范围宽，常温HYPERLINK baike.baidu/view/481400.htm器件适用于-55315，高温器件适用温度高于315目前最

8、高可到达2000，低温器件适用于-27355；体积小，可以丈量其他温度计无法丈量的空隙、腔体及生物体内血管的温度；运用方便，电阻值可在0.1100k间恣意选择；易加工成复杂的外形，可大批量消费；稳定性好、过载才干强。实验中以如右图所示的热敏电阻为例，丈量电阻在不同温度下的阻值，探求热敏电阻阻值和温度的关系。实验将热敏电阻放入水中，改动水温，用万用表丈量热敏电阻的阻值，记录不同温度下组织的大小，如表1所示，阻值变化图象见以下图。温度C阻值温度C阻值48232537.5346345259036377042296834.53960403166334330393292304850表1 不同温度下热敏电

9、阻的阻值由数值和图像可以看出，此热敏电阻是跟温度负相关的，及温度越高，电阻值越低，这是大部分热敏电阻的特点，也存在电阻值与温度正相关，即温度越高，电阻值越高的热敏电阻。同时，热敏电阻也具有一定的弱点，比如温度和阻值没有严厉的线性关系，丈量温度的范围比较小，不适宜在高温条件下运用等，在运用时应该慎重选择。2光敏电阻光敏电阻是利用HYPERLINK baike.baidu/view/19928.htm半导体的HYPERLINK baike.baidu/view/14336.htm光电效应制成的一种电阻值随入射光的强弱而改动的电阻器；入射光强，电阻减小，入射光弱，电阻增大。光敏电阻器普通用于光的丈量

10、、光的控制和光电转换将光的变化转换为电的变化。常用的光敏电阻器硫化镉光敏电阻器，它是由HYPERLINK baike.baidu/view/50720.htm半导体资料制成的。光敏电阻器的阻值随入射光线可见光的强弱变化而变化，在黑暗条件下，它的阻值暗阻可达110M欧，在强光条件100LX下，它阻值亮阻仅有几百至数千HYPERLINK baike.baidu/view/19469.htm欧姆。光敏电阻器对光的敏感性即光谱特性与人眼对HYPERLINK baike.baidu/view/68621.htm可见光0.40.76m的呼应很接近，只需人眼可感受的光，都会引起它的阻值变化。设计光控电路时，

11、都用HYPERLINK baike.baidu/view/23342.htm白炽灯泡小电珠光线或HYPERLINK baike.baidu/view/176997.htm自然光线作控制光源，使设计大为简化。实验中以如右图所示的光敏电阻为例，丈量电阻在不同光照下的阻值，探求光敏电阻阻值和温度的关系。实验将光敏电阻放在强、中、弱三种不同的光照下，用万用表丈量光敏电阻的阻值，记录不同温度下组织的大小。实验测得，在正常光照的情况下，阻值为，在中强光的情况下，阻值为，在黑暗的情况下，其阻值为。由此可见，光敏电阻的阻值随着光照条件的加强而减小。3继电器如下图的继电器，是热敏电阻的运用实例之一，当温度到达一

12、定程度时，继电器可以任务，发出响声。实验测得的任务温度是63.3C，这种继电器可以作为报警器运用，防止温度过高对用电器呵斥不用要的损坏。5 朗威微机辅助高级物理实验系统随着计算机技术的开展，计算机辅助实验越来越遭到研讨者的青睐。随着中学物理实验的要求不断提高，基于“传统仪器+传感器+计算机的实验方式逐渐走进物理实验教学的课堂。计算机辅助实验多是传感器和计算机的结合，是传感器的运用。早在上世纪七八十年代，美国就开场将传感器技术、计算机技术等运用于实验仪器的改良及教学当中，我国在这方面的起步相对较晚。目前在数字化实验仪器方面，国际上知名的当数美国PASCO公司，其产品涵盖了物理、化学等多个学科。国

13、内较为知名的是山东远大网络多媒体股份，其推出较为系统的朗威系列数字化实验仪器品牌。本文以单摆测重力加速度的实验为例，引见朗威微机辅助高级物理实验系统的任务。实验目的丈量单摆的振动周期，验证其等时性，丈量重力加速度。实验器材 朗威LlongwillTM微机辅助高级中学物理实验系统、微机、单摆等。操作步骤1取出单摆传感器，接入数据采集器的第一输入口。2点击“停顿数据采集，防止记录将调试阶段的挡光数据。3进展“计时设置，将通道一设置为“时辰下的“隔次方式。4在单摆摆球的下面安装10毫米长的火柴杆或牙签等，调整摆长和光电门的位置，使火柴杆可经过单摆传感器顺利挡光，并确保单摆传感器定位在单摆运动的平衡位

14、置。5点击“开场数据采集，将摆球摆动。6让摆球下的小木棒经过单摆传感器数十次以上，点击“停顿数据采集。7翻开“数据分析表格，将“变量一命名为T6，将实验数据栏T1内的数据全部选中复制，以次序列的“第二次所在行对应的T6栏的单元格为起点，粘贴复制的实验数据。8将“表达式一命名为“周期，并输入公式“T1-T6，即T1中记录的摆球经过传感器的某一时辰减去前一时辰，可得出单摆的振动周期，并经过公式g=42L/T2得出重力加速度。点击“数据计算，得出实验结果，如以下图所示。6 单摆实验的对比如右图所示，传统的单摆测重力加速度的实验也是经过丈量单摆的周期来计算重力加速度的，不过传统的实验多是由实验者本人经过停表丈量单摆的周期，由于实验者的要素而呵斥的误差难以防止，所以，常规实验中，也采用了光电门这种传感器，记下单摆摆五十下所用的时间，进而计算出单摆的周期T，那么重力加速度。经过丈量，单摆摆动30次所用的时间为49.25s，那么单摆的周期为，重力加速度。7 实验总结与领会信息化实验是高中物理实验教学中的新型产品，同时也是高中物理实验的重要组成部分。利用信息技术进展物理实验教学前，需求了解信息化实验的原理和所用物理仪器的功能，教学时为学生讲解信息化实验器具的原理和运用本卷须知。在进展实验课的过程中，由于信息化实验多是集成性的实验