用传感器改进物理实验，本文主要内容关键词为：传感器论文,物理实验论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
用传感器改进物理实验，实现了实验数据的自动采集和处理，避免了由于读数或计算的错误而影响实验结果，有利于学生从实验结果中发现实验方案和实验装置上的问题，从而继续改进实验方案和实验装置，直到实验成功。在这个过程中，便培养了学生的探索精神和创造能力。另外，在物理实验教学中引进传感器，让学生接触先进的科学技术，了解前沿的科技发展，有利于激发学生的创造激情。
我在给学生讲《熔化和凝固》的时候，让学生自己做实验研究晶体的熔化和凝固，重点研究哪些因素影响了实验图象。并指导学生用温度传感器改进原来的实验装置，实验时温度传感器适时采集数据，并适时传给计算机，计算机立即准确的画出温度随时间变化的曲线，学生发现了课本上海波的凝固图象与实验得到的海波自然凝固图象不同，并找出了原因。
1 装置及原理（如图1）
图1 实验装置图
实验所用的新器材主要有：温度传感器、小控制器RCX、 红外发射器、外电缆和电机。温度传感器是用热电偶制成的，测温范围是－30℃～130℃，精度是0.1℃。小控制器RCX就是微型电脑， 它的内存比我们常用的计算机内存小，没有键盘和显示器。红外发射器能使计算机和RCX之间相互传递信息。要让温度传感器按一定时间间隔测量温度。需要先在计算机里编好程序，通过红外发射器传给RCX， 再用外电缆把温度传感器和RCX的输入端连上，运行程序，温度传感器就能自动测温了，所测得的温度值又能通过红外发射器适时的传给计算机，由计算机显示出图象或列出表格。这里使用电机的目的是让它带着温度传感器转动，使温度传感器一边搅拌一边测温，为了不让传感器的外电缆绕死在温度传感器上，让电机每隔0.5s改变一次转动方向。电机的转动也是用程序控制的。
2 程序
程序1是让温度传感器每隔0.5s测一次温度，共测500次。
程序1
程序2是让电机每隔0.5s改变一次转动方向。
程序2
程序都是用图形化编程软件ROBLAB编写的，它的特点是不用编写语句，只要有思路，把所需要的图标从功能模块中拖出来，图标和实物外形是一样的，绿灯表示程序开始，红灯表示程序结束，从绿灯开始，用线把各个图标连起来，一直连到红灯，程序就编好了。既简单又直观。
3 实验结果
温度传感器测量的温度可以通过计算机随时显示在温度－时间图象上，学生第一次实验时直接在温度传感器的金属杆上套上齿轮，并把试管内外温差控制在5℃以内。得到的海波熔化图象如结果1，从图象上可以看出，海波在熔化时温度曲线仍呈阶梯状上升，等升到47℃左右时，温度曲线保持一段平稳。温度曲线显示出的是温度传感器所在位置的海波的温度，很显然，试管内的海波有的先到达熔点，有的后到达熔点，这是由于试管内海波受热不均匀造成的。分析出原因后，学生有的在齿轮间加上金属叶片，叶片向内外、上下翻转， 试管内外温差仍控制在5℃以内，这次得到了如结果2的海波熔化图象。从图象上可以看出， 海波在熔化时温度曲线仍在缓慢上升，等升到50℃，温度曲线保持一段平稳，海波完全熔化后，温度快速上升，与结果1相比， 试管内不同部位的海波温差减小了，但还存在受热不均的问题。接着又将试管内外的温差控制在2℃以内，得到了结果3的海波熔化和凝固图象。从图象上可以看出，只要能保证试管内的海波在熔化的过程中受热均匀，得到的海波熔化图象就与教材中所给的图象完全相符，但海波的凝固图象与教材所给的图象不相符，从图象上看，海波第一次自然凝固，是在它温度降到40℃后又突然回升到凝固点时才开始凝固的，紧接着又做了一次海波的熔化和凝固试验，给海波加热，让刚才已经凝固的海波再次完全熔化后降温。这次，当海波的温度刚降到凝固点时，向试管内撒一些海波末，海波便开始凝固了，且温度保持不变，这次得到的海波凝固图象才和教材中所给的图象一致。这说明教材中所给的图象，是人为添加凝结核后所得到的海波凝固图象。
结果1
结果2
结果3
用传感器改进物理试验，使实验过程变得简单，学生经过努力后，自己能够得到正确的实验结论，而这次的成功又会成为他探索下一次实验的动力，对探究式教学的普遍开展非常有帮助。
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