低成本物理實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化電路設(shè)計(jì)

摘 要：低成本物理實(shí)驗(yàn)在學(xué)習(xí)中發(fā)揮著巨大的作用，運(yùn)用好此類實(shí)驗(yàn)對(duì)于我們知識(shí)點(diǎn)的學(xué)習(xí)和綜合素質(zhì)的提高都是受益匪淺的。本文將簡(jiǎn)要探討應(yīng)用低成本物理實(shí)驗(yàn)的意義和利用低成本物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行自動(dòng)化電路設(shè)計(jì)的過程以及存在的問題，以供大家參考。

關(guān)鍵詞：低成本；物理實(shí)驗(yàn)；自動(dòng)化；電路設(shè)計(jì)

物理實(shí)驗(yàn)作為物理課程中重要的組成部分，具有獨(dú)特的作用。成本高的物理實(shí)驗(yàn)不適于學(xué)校課程的學(xué)習(xí)，相反，低成本的物理實(shí)驗(yàn)?zāi)馨l(fā)揮它的優(yōu)勢(shì)，既能縮減開支又能幫助我們學(xué)習(xí)與應(yīng)用物理知識(shí)。

一、低成本物理實(shí)驗(yàn)的意義

相比于成本較高且操作技術(shù)難度大的物理實(shí)驗(yàn)來說，低成本的物理實(shí)驗(yàn)就體現(xiàn)出了成本低廉與高級(jí)智慧的雙重優(yōu)點(diǎn)。這種實(shí)驗(yàn)不是完全依照于課本進(jìn)行的物理學(xué)習(xí)，而是發(fā)揮我們學(xué)生的創(chuàng)新能力與知識(shí)點(diǎn)的融合來進(jìn)行因地制宜的探索，創(chuàng)造出成本低廉卻切實(shí)好用的發(fā)明。這個(gè)進(jìn)行低成本物理實(shí)驗(yàn)的過程是對(duì)物理知識(shí)的理解和深化的過程，是源于課本又高于課本的過程，也是一個(gè)創(chuàng)作與研究的過程。

低成本物理實(shí)驗(yàn)操作幫助我們打通了物理知識(shí)的任督二脈，使我們真正學(xué)懂了諸如電流、電阻等的物理知識(shí)，并將其轉(zhuǎn)化為生活實(shí)際中能夠用得上的技能。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)需要事前的計(jì)劃，事中的動(dòng)手操作與問題解決，事后的反思與總結(jié)，這前前后后的一系列過程幫助我們提升了思考問題的能力、創(chuàng)新思維的能力、解決問題的能力、克服困難的能力和溝通交流等的各種能力。這種發(fā)揮我們主動(dòng)性的實(shí)驗(yàn)也讓我們體驗(yàn)到了動(dòng)手操作的快樂，調(diào)解了緊繃的神經(jīng)，對(duì)于學(xué)習(xí)狀態(tài)的改善以及其他學(xué)科的學(xué)習(xí)都具有促進(jìn)作用。進(jìn)行低成本物理實(shí)驗(yàn)讓我們愛上思考、愛上創(chuàng)新、愛上操作，興趣的趨勢(shì)會(huì)讓我們變得更優(yōu)秀。

二、低成本物理實(shí)驗(yàn)自動(dòng)化的電路設(shè)計(jì)

物理知識(shí)離我們的生活很近，我們通過低成本的物理實(shí)驗(yàn)完成了對(duì)家用調(diào)光臺(tái)燈的光照自動(dòng)控制，可以實(shí)現(xiàn)臺(tái)燈在白天自動(dòng)熄滅，夜晚自動(dòng)點(diǎn)亮的效果。

（一）家用手動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈的工作原理簡(jiǎn)介

我們知道了家用的手動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈，是由白熾燈泡和調(diào)光電路兩部分組成的，它的工作原理是將220V的交流電進(jìn)行橋式整流和濾波，通過手動(dòng)調(diào)節(jié)可變電阻改變整個(gè)電路中的電阻來控制燈泡兩端處的電壓，達(dá)到改變燈泡亮度的效果，這就是家用手動(dòng)調(diào)光臺(tái)燈的工作原理。

（二）新思路的構(gòu)建

我們知道了手動(dòng)控制臺(tái)燈燈泡亮度的工作原理是通過改變電路中的電阻從而改變燈泡兩端的電壓實(shí)現(xiàn)的，那么就此原理如何將調(diào)節(jié)燈泡亮度的控制由手動(dòng)改成自動(dòng)是不是可以在電阻這里下功夫呢？我們進(jìn)行了激烈的討論與研究，最后一致同意，利用光敏電阻來實(shí)現(xiàn)對(duì)家用臺(tái)燈亮度調(diào)節(jié)的自動(dòng)化。

（三）光照自動(dòng)控制臺(tái)燈的制作與工作原理

如下圖1所示，我們利用導(dǎo)線將光敏電阻連接在臺(tái)燈上，一旦臺(tái)燈周圍的光線減弱，光敏電阻MG便會(huì)呈現(xiàn)很高的電阻態(tài)，這樣就加快了電容C1的充電速率，可控硅PCR中的導(dǎo)通程度就會(huì)增大，進(jìn)而達(dá)到了增大燈泡兩端電壓的效果，一旦電壓增大，燈泡的亮度就會(huì)提高；當(dāng)臺(tái)燈周圍的光線增強(qiáng)時(shí)，光敏電阻MG便會(huì)呈現(xiàn)出很低的電阻態(tài)，這樣就減緩了電容C的充電速度，可控硅PCR的導(dǎo)通程度也會(huì)減小，就達(dá)到了減小燈泡兩端電壓的效果，燈泡就會(huì)變暗；當(dāng)可變電阻變到一定程度并且光照強(qiáng)度降低到一定程度時(shí)，燈泡就會(huì)熄滅。這就是將家用手動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的臺(tái)燈改造成自動(dòng)調(diào)節(jié)亮度的制作和工作原理。進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的過程中，老師告訴我們，應(yīng)特別注意此項(xiàng)實(shí)驗(yàn)中的燈泡必須是白熾燈泡，必須保證是純電阻負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行，不能用內(nèi)含電感性負(fù)載的節(jié)能燈泡以免發(fā)生不必要的故障，造成器材損傷。

三、低成本物理實(shí)驗(yàn)存在的問題

經(jīng)過大家的討論和付諸實(shí)踐，這個(gè)低成本的物理實(shí)驗(yàn)基本上取得了成功，實(shí)驗(yàn)利用了物理學(xué)科中的電學(xué)知識(shí)，我們?cè)谶@個(gè)過程中將電阻與電壓的關(guān)系這一知識(shí)點(diǎn)真正做到了融會(huì)貫通，體會(huì)到了物理的奇妙和動(dòng)手的快樂，增加了學(xué)習(xí)物理的信心，提升了學(xué)習(xí)物理的興趣。但是，這種實(shí)驗(yàn)盡管是低成本的，發(fā)揮了我們學(xué)生的積極性，卻免不得仍然存在著一些問題需要解決。

（一）不能保證人人參與展示

在動(dòng)手操作過程中，大家積極參與，但是到了展示環(huán)節(jié)，一般是從分好的小組中選擇代表上臺(tái)進(jìn)行展示，這就使得參與展示的人是一小部分，得到鍛煉的人也是一小部分，我們學(xué)生的參與性不高。

（二）沒有完善的評(píng)價(jià)機(jī)制

像這種低成本的物理實(shí)驗(yàn)在課程體系中屬于自主合作探究部分，這個(gè)部分還沒有科學(xué)的評(píng)價(jià)機(jī)制，這就會(huì)降低我們的學(xué)習(xí)興趣，不能使這種實(shí)驗(yàn)長(zhǎng)久有效的進(jìn)行下去。

（三）班級(jí)的文化氛圍不夠

這種實(shí)驗(yàn)課在學(xué)校的課程中還只是一小部分，單靠一科甚至是一科中的幾節(jié)課來提高我們的各項(xiàng)能力是十分不現(xiàn)實(shí)的。目前的班級(jí)文化環(huán)境還需要進(jìn)一步改善，動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的重要性還需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)。

四、結(jié)語

低成本物理實(shí)驗(yàn)對(duì)于我們學(xué)生來說是十分有必要的，利用低成本的物理實(shí)驗(yàn)進(jìn)行電路設(shè)計(jì)將物理知識(shí)應(yīng)用到生活實(shí)際中是學(xué)以致用的體現(xiàn)，也是符合現(xiàn)代教育觀的行為。我們應(yīng)配合學(xué)校和教師的教學(xué)，并不斷提升自己的能力，盡快成長(zhǎng)，報(bào)效祖國。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王太軍，唐忠敏.低成本物理實(shí)驗(yàn)之“自動(dòng)化”電路設(shè)計(jì)——光照自控調(diào)光臺(tái)燈的制作[J].物理教師，2013（10）.

[2] 唐靜.低成本物理實(shí)驗(yàn)的自動(dòng)化電路設(shè)計(jì)[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（7）.

作者簡(jiǎn)介：王晨宇（1999-），女，漢族。