電腦控制熱輻射實驗的拓展

王珊

摘 要：本文介紹了美國PASCO公司傳感器熱輻射實驗系統在實驗教學中的應用，特別是在大學生創新能力培養中的應用和效果。

關鍵詞：熱輻射 創新能力 PASCO熱輻射實驗系統

中圖分類號：G4 文獻標識碼：A 文章編號：1672-3791（2012）10（c）-0003-01

目前高校培養的本科和專科人才，主要為應用型人才而非理論研究型人才。新世紀高校人才的需求是培養一批具有創新素質和創造能力，能夠將所學知識活學活用的創新型人才[1]。這也就給高校的實驗教學提出了新的要求，因此眾多高校的物理實驗教學就不僅僅安排了基礎實驗部分（側重于學生實驗能力和技能的訓練，即是要求學生的學會基本測量和鍛煉動手能力），更加重了綜合設計性實驗部分（側重于創新能力的培養，即要求學生能綜合多方面的的原理與理論，合理設計解決較復雜的實驗問題）；甚至更多的教師鼓勵引導學生加入高校的科研團隊，在課余時間參與高校“第二課堂”，申請大學生創新實驗項目等一系列有益于培養學生創新能力的活動[2]。

1 PASCO熱輻射實驗的介紹

PASCO物理實驗設備不同于傳統的教學儀器，它是采用傳感器和先進的數據采集接口，配以專用的實驗數據采集軟件[3]。PASCO熱輻射實驗系統由TD-8580A型腔體熱輻射儀、CI-6552A型功率發生器、CI-6527A型熱敏電阻傳感器、CI-6628型紅外光傳感器、CI-6538型轉動傳感器及其線性運動附件、60厘米光學導軌、光闌底架、750型接口、計算機和Datastudio軟件等部分組成。

該系統在物理實驗教學應用中采用計算機控制各種傳感器，能夠實時采集實驗中各種變化的物理量；數據采集處理軟件有中英文版本，并且實驗數據的顯示和處理功能強大；而且不同類型的配件套組可拆卸搭配組合，十分適合開設綜合性、創新性、設計性物理實驗的需要。

腔體熱輻射儀頂部有鋁立方腔體，其四個側面分別為黑面，白面，拋光鋁面以及有洞磨砂鋁面。在開設綜合設計性實驗時，學生可以利用紅外光和可見光傳感器對加熱的鋁立方腔體四個不同側面的腔體熱輻射情況與可見光在表面反射情況進行電腦監控和數據采集。通過“Datastudio”軟件進行分析和處理，來研究腔體的熱輻射特性。

2 PASCO熱輻射實驗的拓展

啟發引導學生利用實驗室的現有實驗設備進行研究和探索，培養創新意識和創新能力，PASCO熱輻射實驗儀有很好的應用效果。一個實驗是否適合于開設綜合設計性實驗，除了它涉及到多學科或者多方面的原理或理論外，還取決于該實驗中的影響實驗結果的因素或者可變的實驗條件是否多。物體輻射或吸收的能量與它的溫度、表面積、黑度等因素有關。因此，PASCO熱輻射實驗的拓展也可分為以下幾個方面。

（1）CI-6552A型功率發生器用于控制TD-8580A型腔體熱輻射儀加溫，可研究功率發生器的電壓電流與腔體溫度的關系，研究升溫，控溫和降溫曲線，更好控制溫度變化。

（2）CI-6527A型熱敏電阻傳感器用于測量TD-8580A型腔體熱輻射儀的溫度，可以研究熱敏電阻的阻值與溫度的關系，更好了解熱敏電阻傳感器的測溫范圍和精度；也可與熱電偶等其他測溫工具進行比較性研究。

（3）CI-6628型紅外光傳感器用于探測TD-8580A型腔體熱輻射儀的紅外特性：可以控制腔體溫度，研究不同溫度對紅外熱輻射的影響；可以控制紅外光傳感器與腔體之間的距離與相對位置（利用光學導軌上轉動傳感器及其線性附件控制），研究腔體的紅外熱輻射在空間中分布外情況。

（4）腔體熱輻射儀頂部有鋁立方腔體，其四個側面分別為黑面、白面、拋光鋁面以及有洞磨砂鋁面，可以比較不同面的熱輻射情況。也可調換光傳感器測量可見光在不同表面反射情況。

（5）保溫材料對紅外輻射有阻隔作用，改變材料的顏色、厚度、材質和結構等條件，可以對熱輻射的阻隔或吸收效果做對比性研究，深入了解影響材料熱輻射特性的因素，并可以對于保溫材料在產生活中的應用進行探索。

（6）“Datastudio”軟件的實驗數據的顯示和處理功能強大，可以對實驗結果的數據處理過程和方法進行研究。

3 結論

采用美國PASCO熱輻射實驗系統，通過與電腦相連的傳感器采集數據，利用Datast udio軟件對數據進行分析，該實驗中影響實驗結果的因素或者可變的實驗條件眾多，十分適合于開設綜合設計性實驗，還可以再以上六個方面的基礎上鼓勵引導學生根據自己的興趣做深入或拓展研究，鍛煉培養學生的科研與創新能力。

參考文獻

[1] 淺談高校實驗教師自身教學能力的培養[J].科技資訊，2011（33）：180.

[2] 王翠菊，孟召平.大學生創新實驗項目選題的策略[J].教研，2010，8：32-33.

[3] 朱海平.PASCO實驗在物理教學中的應用，麗水學院學報[J]2007，29（2）：89-91.