摘 要:电磁振荡演示实验是高中物理电磁学教学中的一个重要内容。传统的演示通常利用表头来定性的表明电流的起伏,而本设计利用单片机系统模块,通过AD转换,设计出一套实验用具,可以直接采集数据,读出电磁振荡中电位的变化,从而可以更直接地研究电磁振荡现象。
　　关键词:阻尼振荡电位单片机
　　中图分类号:TP319 文献标识码:A 文章编号:1674-098X(2011)01(a)-0112-01
　　
　　1 引言
　　电磁振荡现象是高中电磁学教学中的重要内容,也是一个十分难以演示的实验,实验条件设置不当,很容易将开关接通瞬间引起的表头指针摆动误以为阻尼振荡[1]。同时即使用表头能够成功演示,也只能定性观察到电流的变化,因此为了使学生对电磁振荡现象有一个比较形象的认识,进一步理解电磁振荡中电流(电位)的变化,笔者利用单片机系统模块,通过AD转换,设计出一套实验用具,使该仪器可以很好显示电磁振动的动态过程。
　　
　　2 设计原理
　　设计电路如图1所示,电感L、电容C,电阻R、电源、开关和导线等元件集成在一实验电路板上,图1中的P点与单片机系统中的P点相连,圖2为单片机模块的具体 结构。其中采用STC型号单片机对数据进行存储和处理,TLC1549型AD芯片将采集的模拟信号转换为数字信号,LCD1602型号的显示模块对数字信号进行显示,并利用复位电路对整个单片机系统进行复位,便于下次实验。为观察到阻尼振荡,元件应满足(如要演示临界阻尼和过阻尼现象,只需换用较大的电容,满足或)[2]。本设计采用内阻为2的、电感150mH的电感,电容为2200的电容以及5V的电源。
　　
　　3 设计优点分析
　　首先,引入了单片机模块,能够定量的描述支路中电压的具体变化,由于单片机采样频率高,通过探针即可实现即时数据采集,因此无需计较因电容和电容的选择带来的衰减过快这一问题,只要调整内置程序来改变采样频率和显示频率,就可保证足够的采集数据信息,这是传统的演示仪器不能做到的。其次,该学生实验采用了单片机系统采集数据,这和DISLab(Digital Information System Laboratory,数字化信息系统实验室)工具具有异曲同工之妙,也符合《普通高中物理课程标准》[3]中关于信息技术要进入物理实验室的这一精神。
　　
　　参考文献
　　[1] 罗星凯.中学物理疑难实验专题研究[M].桂林:广西师范大学出版社,1998:100-110.
　　[2] 赵凯华.电磁学[M].北京:高等教育出版社,2003.
　　[3] 中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准(实验)[M].北京:人民教育出版社,2003.