Pasco物理实验设备不同于传统的教学仪器, 它是采用传感器和先进的数据采集接口, 配以专用的实验数据采集软件[1]。在物理实验教学应用中有以下特点: (1) 现有传感器40余种之多, 能够实时采集实验中各种变化的物理量; (2) 数据采集接口将传感器的数据通过数据采集软件输入计算机, 最高采样频率为250kHz。750型接口还配有±5V.300mA的直流及交流的信号发生器; (3) 数据采集软件有中英文版本, 并且实验数据的显示和处理功能强大; (4) 240个预设的物理实验, 包括力、热、光、电、磁等类型, 不同类型的配件套组可拆卸搭配组合, 十分适合开设综合性、创新性、设计性物理实验的需要。
本文就开设综合性交流电学实验教学中常常出现一些问题做了研究与探讨。
传感器综合电学实验中用到的仪器包括计算机一台, 科学工作室软件一套750型接口一台, 电压传感器2～3个, 电路组合板一块, 电阻、电容、电感若干, 电线若干。
实验的设计思想是750型接口作为交流的信号发生器, 计算机通过接口实时采集交流电路中的电压和波形信号, 通过软件中的示波器功能观测信号的变化。可开设的实验有:交流电路中电压和电流的相位关系研究, RC电路的稳态过程研究, RC串联电路的暂态过程研究, RLC串联电路的暂态过程研究, 方波信号的傅里叶分解与合成等实验。
(1) 同一套仪器组合, 稍微添加或改换一些配件, 能够开设几种不同内容的物理实验项目, 为物理实验教学中开设学生自主创新的综合性设计性实验提供了便利条件。
(2) 先进的传感器技术, 多样化的传感器类型, 计算机接口实时采集数据, 为传统的物理实验教学带来了新的亮点, 也更能引起学生的学习兴趣。
(3) 计算机软件控制接口实时采集数据, 避免了许多实验中人工读数的麻烦, 节省了测量数据的时间。
(4) 软件功能强大, 通过简单的设定, 就能实时地将采集的数据列成表格, 绘制成图线, 观察起来直观而形象, 并能够很快很方便的调整相关参数进行对比性研究。
(5) 软件中的示波器功能显示和测量数据比起传统的示波器来说测量精度更高因为无论是双综信号波形观察如图1 (a) , 还是两个交流信号合成李萨如图形观察如图1 (b) , 都不用调节电平和左右位置, 显示图形直接出现在窗的中心, 利用软件中的“取点测量计算”功能使得测量非常方便。
实验中750型接口上配有±5V.300mA的直流及交流的信号发生器作为传感器综合交流电学实验中的信号发生器使用。但学生进行实验过程中难免出现接线错误或选择的电阻、电容或电感的数值不当, 造成回路中瞬时或长期出现电流过大的情况造成电源过热, 会对750接口的寿命造成影响, 比较容易造成仪器损坏。一旦出现这类问题, 接口上与计算机连接的芯片就会损坏, 整个接口都无法正常工作, 软件上会显示“无法找到750接口”或“750接口连接错误”。
750接口得最高采样频率为250kHz, 而传感器综合交流电学实验中不同数值的电阻、电容、电感在测量时对应的信号发生器的输出频率都不同。在有些情况下图形会出现折线的情况, 即测量数据点过少, 造成曲线不够光滑如图1 (c) 。
经研究发现, 采样率最大时, 信号发生器的输出频率在几百赫兹范围内出现的数据图线不会出现“折线图”的情况。这一问题的解决方案是教师设计好实验中的电阻、电容、电感值大小, 控制实验中适合测量的信号频率在几百赫兹以内。
总之, 传感器综合交流电学实验是一个综合设计性很强的系列实验, 此类实验的开设对学生的动手能力和创新能力都是一个很好的锻炼, 尽管教学中会出现种种问题, 但只要通过教师的精心设计, 不仅能很好的达到创新实验教学的效果, 还对教师的自身提高有很大帮助。
摘要：本文介绍了应用美国PACSO公司物理实验设备开设的传感器综合交流电学实验, 并对其教学效果和教学中遇到的问题及解决办法进行了探讨与研究。
关键词：传感器,设计性实验,创新能力
[1] 朱海平.PASCO实验在物理教学中的应用, 丽水学院学报[J].2007.4 (29) :89～9 1.
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