.

Оперативное использование компьютерных технологий при проведении лекционного физического эксперимента

Язык: русский
Формат: реферат
Тип документа: Word Doc
71 539
Скачать документ

Реферат на тему:

Оперативное использование компьютерных технологий при проведении
лекционного физического эксперимента

 

Существующая тенденция широкого применения математических методов в
современных физических исследованиях приводит к тому, что в большей
степени стал применяться математический аппарат и при изложении курса
общей физики. При этом, с целью недопущения нечеткого представления
студентами причинно-следственной связи рассматриваемых в лекциях
физических закономерностей, возникает необходимость и в разработке, а
также внедрении в учебный процесс лекционного эксперимента,
способствующего развитию абстрактного мышления студентов (1-5) . С этой
же целью предлагается использование компьютерных технологий в постановке
и проведении лекционных физических экспериментов, что осуществляется при
помощи устройства, в основу действия которого положен принцип генерации
сигналов при помощи цифро-аналоговых преобразователей, на входы которых
подаются заранее записанные цифровые коды.

Блок-схема устройства: 1-кварцевый генератор; 2- Двоичный счетчик;
3,4,7- Постоянное запоминающее устройство 5,6,8 Цифро-аналоговый
преобразователь

 

Устройство, блок-схема которого изображена на рис.1, состоит из
цифрового генератора, двоичного счетчика и трех каналов формирования
сигналов, каждый из которых состоит из постоянного запоминающего
устройства (микросхемы ROM), хранящего коды сигнала, и
цифроаналогового преобразователя (ЦАП).

Двоичный счетчик подсоединен к адресной шине ПЗУ и осуществляет перебор
его адресов. Данные каждого ПЗУ поступают непосредственно на цифровые
входы соответствующего цифроаналогового преобразователя. При изменении
состояния двоичного счетчика, изменяется адрес, поступающий на вход ПЗУ,
и тем самым изменяется номер ячейки данных, информация из которой
поступает на вход ЦАП, и тем самым изменяется выходной аналоговый
сигнал, формируемый ЦАП.

Устройство является трехканальным и генерирует одновременно три
сигнала. Период всех сигналов равен времени перебора всех адресов ПЗУ и
зависит от частоты задающего генератора. Форма каждого сигнала
определяется записанной в ПЗУ информацией. Для формирования сигналов
достаточно перебрать 256 значений за период, что соответствует объему
информации 256 байт. Для формирования сигнала

достаточно иметь 8-ми разрядную точность сигнала, что соответствует

256 градациям уровня сигнала. (При размахе сигнала 10 В дискретность

амплитуды составляет 40 мВ).

В устройство емкостью 64 килобайт можно записать 256 различных
сигналов, что вполне достаточно для проведения семестрового курса
экспериментов. Для перенастройки устройства достаточно вынуть из колодок
микросхемы ПЗУ и заменить их на содержащие другие сигналы.

Для программирования ПЗУ применяется персональный компьютер с
подсоединенным к нему программатором микросхем. Данные для сигналов
генерируются программно и затем заносятся в микросхемы.

В качестве задающего генератора используется кварцевый генератор,
собранный на логических вентилях. Восьмиразрядный двоичный счетчик
реализован на микросхеме 555ИЕ19. В качестве ПЗУ используются три
микросхемы 27256, имеющие емкость по 64 кбайт каждая, что обеспечивает
формирование 256 различных сигналов. В качестве ЦАП используются три
микросхемы 572ПА1 с операционными усилителями 140УД25 на выходе.
Выбор сигналов осуществляется внешним 5-разрядным кодом, поступающим от
внешнего переключателя, что позволяет, изменяя код, выбирать 256
различных наборов сигналов.

Использование для формирования компьютера позволяет получать сигналы,
изменяющиеся по любому заданному математическому закону.

Непосредственное использование компьютера для генерации сигналов

представляется нецелесообразным т.к. требует наличия компьютера,
снабженного специализированными платами ввода- вывода аналоговой,
информации непосредственно в лекционной аудитории.

Рассмотрим в качестве примеров два лекционных эксперимента.

Сформированная в устройстве (см. рис. 3а) диаграмма зависимости падения
напряжения UR1 от времени в резисторе R1 создает в соленоиде L1 такую
же зависимость магнитного потока Ф от времени , так как и магнитный
поток и падение напряжения пропорциональны силе тока. (см. рис. 3.б)
ЭДС индукции Ei созданная в соленоиде L2 имеет временную диаграмму
Ei(t), изображенную на рис. 3в, по которой можно судить , что Ei
является первой производной магнитного потока Ф по времени, а из
смещения меток следует , что при dФ >0, dФ/dt 0, то есть демонстрируется закон, что ЭДС электромагнитной индукции
Ei=

=-dФ/dt

 

 

gd?#?

???????????Незамкнутая фигура Лиссажу, формируемая устройством при
соотношении частот 1:1.3. Сигнал выводится на осциллограф ,
разверты-вающий луч по двум координатам.Устройство управляет лучём по
трем координатам X,Y,Z(яркость луча).

Существенным преимуществом предлагаемого устройства является как
сравнительная простота получения сигналов специальной формы различного
рода модельных процессов, так и их хранение с целью оперативного
использования при проведении лекционного физического эксперимента.

 

Литература

Караханова Х.М., Ковязин Л.М., Трофимов В.А. Демонстрация закона
электромагнитной индукции.// Успехи физических наук -1990- т.160.
-с 145-148.

Перкальскис Б.Ш. Использование современных научных средств в

физических демонстрациях . Изд-во “Наука “, М 1966.

Серденко В.В. , Трофимов В.А. , Флора В.Ф. Учебный прибор по физике для
демонстрации волновых процессов. Авт.свид. SU

№ 1485290A1 кл. G09 23/06, 07.06.89. Бюл. №21.

4. Трофимов В.А. , Рублев Ю.В. Демонстрация закона Малюса // Успехи

физических наук -1968- т.94. -с.743-744.

5. Franson M. Experiences de Physiquе (Experiences de Demonstration)
Paris 1958

1

 

 

 

 

2

3

4

5

6

7

8

сигнал 1

сигнал 2

сигнал 3

Рис 1

A15 RAM D7

A14 256 K D6

A13 D5

A12 D4

A11 D3

A10 D2

A9 D1

A8 D0

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

CS

OE

D9 DAC

D8

D7

D6

D5

D4 out

D3

D2

D1

D0

+

 

 

 

R CT2 Q1

 

 

 

Q1

 

 

Q2

 

Q3

 

 

+

+

R CT2 Q1

 

 

 

Q1

 

 

Q2

 

Q3

 

D9 DAC

D8

D7

D6

D5 out

D4

D3

D2 –

D1

D0 +

 

 

+

D9 DAC

D8

D7

D6

D5 out

D4

D3

D2

D1

D0

 

 

 

 

 

 

+

&

&

A15 RAM D7

A14 256 K D6

A13 D5

A12 D4

A11 D3

A10 D2

A9 D1

A8 D0

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

CS

OE

 

A15 RAM D7

A14 256 K D6

A13 D5

A12 D4

A11 D3

A10 D2

A9 D1

A8 D0

A7

A6

A5

A4

A3

A2

A1

A0

CS

OE

Канал 2

 

Канал 2

140УД25

572ПА1

 

27256

 

555 ЕИ19

Канал 1

 

Рис 2. Конкретный вариант реализации данного устройства.

Рис. 4 Демонстрация возникновения и направления обхода фигуры Лиссажу.

б)

вход выход

R2

L1

R1

L2

в)

Ei

t

0

а)

UR1

t

0

Рис.3 Схема демонстрации закона электромагнитной индукции.

 

Нашли опечатку? Выделите и нажмите CTRL+Enter

Похожие документы
Обсуждение

Ответить

Курсовые, Дипломы, Рефераты на заказ в кратчайшие сроки
Заказать реферат!
UkrReferat.com. Всі права захищені. 2000-2020