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用现代电子器件革新物理实验的研究

杨善迎  
【摘要】: 物理学是以实验为基础的自然科学。在物理教学中实验不仅能够使学生理解、巩 固物理知识,更重要的意义在于培养学生的实验能力,形成科学的思维方式,掌握科 学的研究方法。 随着科学技术的飞速发展,各种新型的电子元器件不断涌现,正在改变着人类的 生产、生活的方方面面。传统的物理实验在这方面受到的冲击尤为显著。采用现代电 子技术革新物理实验是急需解决的问题之一。 1、光标式电子检流计的研究与应用 运用短路电流放大器对电流进行检测,运用电压比较器和发光二极管对放大器的 输出电压进行比较、显示的方法制成的光标式电子检流计,能克服指针式检流计表头 内阻大,临界电阻大,响应速度慢等缺点,能同步定性地显示检测电流的大小和方向, 灵敏、直观,且能检测脉冲电流和变化较快的电流。用于LC电磁振荡的演示,单根 导线切割磁感线的演示等实验中取得很好的演示效果。 2、内阻几乎为零的小量程电流表的研究与应用 微安表的内阻达到3000欧,运用短路电流放大器,结合指针电压表设计制作带 集成电路的指针表,即能保留原指针电流表读数稳定、方便、便于观察演示的优点, 又克服了指针电流表内阻大、精度低的缺点,其内阻几乎为零。尤其是克服了在小电 流测量中,电流表内阻串联在待测回路中,对回路电流的影响。 3、激光调制和激光通信演示仪的制作与应用研究 现在市售激光调制和激光通信原理演示装置价格较高,我设计和制作的激光调制 和激光通信原理演示装置,花费十几元钱就可制作可以满足教学的需要。本装置采用 音乐集成电路的输出信号直接对激光二极管发出的连续激光进行强度调制;用光敏二 极管作探测器将激光信号转变为音频信号,再经音频集成功率放大电路放大后用喇叭 将声音还原。由于在调制和接收电路中采用了集成电路,外围电路元件很少,调试简 便,很容易获得成功。 4、简易话筒的研究与应用 声学教学中,通过话筒来实现声电转换,为示波器提供反映声波变化规律的电信 号,借助示波器观察研究声波的波形,学生对声波的波形就有深刻的理解,并产生浓 厚的兴趣。我运用音频集成运放电路LM386制作的简易话筒,价格低廉,使用方便, 并激发了学生学习科学的兴趣和提高了学生的创新意识。用于声学实验,取得良好的 效果。 5、数字显示、连续可调直流稳压电源的研究与应用 目前普教仪器中通用的低压电源和学生电源内阻大,负载调整率差。我制作的数 字显示、连续可调直流稳压电源,主要有输出电压可调的单片稳压集成电路LM317 和ICL7 IO7CPL构成。具有较完善的过载保护功能,连续可调,读数方便、准确,使 用方便,价格低廉。 6、6V限流充电器 在实验室中,干电池使用起来价格太贵。镍氢「曰也除具有干电池的优点外,没有 污染,循环使用寿命可达1000次,长期使用起来很经济。从电池使用寿命角度来看, J漫速恒流充电无疑是对保证电池寿命最好的方法。我主要运用单片稳压集成电路 LM3 17制作的6v限流充电器,能够对电池进行慢速恒流充电,保证了电池寿命。 7、}舜时特大电流电源的研究与应用 实验室中的稳压电源输出电流一般在4A以下,我运用电容器能够储存电荷释放 电荷的特点,制作了瞬时特大电流电源,瞬间输出电流可达近千安培。在电流的磁场 教学中,使用该电源能够让学生能够亲眼看到电流产生磁场的现象,效果很好。 8、正负电荷检验仪的研究与应用 常规的金属泊验电器,易受温度、湿度的影响,效果较差,且.不能直接检验电荷 的正负。而现有的用场效应管或晶体三极管制作的电子验电器虽具有灵敏度高,受温 度影响小,可直接判断电荷的正负等优点,但容易出现误判,同种电荷在靠近和远离 验电器时出现相反的结论,重复性差,准确度不高。我制作的正负电荷检验仪,采用 两组高放大倍数的复合管,分别担当正负电荷的检验,对两组电荷的判断彼此独立, 互不影响,对称性好,灵敏度也很高;采用CMOS数字电路组成优先鉴别延时一保持电 路,防止了检测电路的重复触发和误触发,保证了检验的准确性;.采用双色发光二极 管组成“十”、“一”号字符屏,以不同颜色和符号显示检测结果,‘形象直观。 9、光强测控仪的研究与制作 现行的光控仪,如光强测量仪,光控报警系统等,种类繁多。其中也存在不少弊 端。尤其是作为实验仪器,由于其封装性强,不利于学生对该仪器的掌握。本装置主 要是以光电池特性的实验为基本理论,学生通过光强度控制电路、光强度测最电路和 光强度报警系统的设计和装配,对光测控仪作进一步地探索和实践,并通过实践强化 了学生的动手能力。


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