传感器与软件在物理教学中的应用

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传感器与软件在物理教学中的应用

作者：董璐沈怡超

来源：《计算机光盘软件与应用》2013年第14期

摘要：本文主要介绍了一种通过传感器与计算机辅助的变力做功演示仪，主要由微型计

算机、变力做功装置，数据采集卡所组成，通过编程得到功的计算结果，旨在体现现代计算机与传感器工具给物理学习带来的便利。

关键词：变力做功；传感器；计算机编程

中图分类号：G633.7

在物理教学中，往往有许多物理量需要实时测量与计算，这就给教学实践带来了击打的困难。因为数据的定量测量、记录、计算都不可能通过人工马上实现。随着计算机技术的发展，计算机与传感、电子、数字化等技术结合，为实验提供了新的方法与技术，在物理教学中起到了十分重要的作用，例如利用光电门采集物体通过一段路程的时间。设计一种计算机辅助变力做功实验的教学系统具有较高的实现可能，和多媒体技术的课件相比，它能给学生客观真实的演示，更能向学生全面的展示变力做功的现象，了解实验原理说服力更强起到较好的教学效果。在此，作者以变力做功演示仪为例，希望实现教学过程的简化和效率的提高，为师生带来更多的交流和探讨。

1 教学背景

在中学物理中变力做功一直以来都是教学难点。因为变力做功问题一般需要借助于微积分知识才能解决。高中解题思路是可将变力变为恒力、用路程代替位移、利用平均力、等，都与功的本质相差甚远。变力做功在实验中无法直接观察结果，也还没有关于变力做功的演示仪器，在教学上一直都是以语言传授为主，其效果并不好。所以设计一个变力做功演示仪有一定的必要性。

2 基本设计思路

根据公式，对于力F，使用拉力传感器将力F直接转换为电压输入计算机（可以适当使用放大电路）。对于力方向上位移值S，将做功物体通过一个滑圈连接到电阻丝，电阻丝两端外接小直流电源，从滑圈处和电阻丝的某一端引出电压信号。这两者采集的电压经过处理便可以计算出做功物体通过的位移。将上述采集的数据通过USB传入计算机中，绘制S-F曲线图，通过积分计算可得功W。

3 具体实施

3.1 整体结构设计