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(tǒng)在實驗教學(xué)中的應(yīng)用，特別是在大學(xué)生創(chuàng)新能力培養(yǎng)中的應(yīng)用和效果。

關(guān)鍵詞：熱輻射 創(chuàng)新能力 PASCO熱輻射實驗系統(tǒng)

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

目前高校培養(yǎng)的本科和專科人才，主要為應(yīng)用型人才而非理論研究型人才。新世紀(jì)高校人才的需求是培養(yǎng)一批具有創(chuàng)新素質(zhì)和創(chuàng)造能力，能夠?qū)⑺鶎W(xué)知識活學(xué)活用的創(chuàng)新型人才[1]。這也就給高校的實驗教學(xué)提出了新的要求，因此眾多高校的物理實驗教學(xué)就不僅僅安排了基礎(chǔ)實驗部分（側(cè)重于學(xué)生實驗?zāi)芰图寄艿挠?xùn)練，即是要求學(xué)生的學(xué)會基本測量和鍛煉動手能力），更加重了綜合設(shè)計性實驗部分（側(cè)重于創(chuàng)新能力的培養(yǎng)，即要求學(xué)生能綜合多方面的的原理與理論，合理設(shè)計解決較復(fù)雜的實驗問題）；甚至更多的教師鼓勵引導(dǎo)學(xué)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(xué)生創(chuàng)新實驗項目等一系列有益于培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力的活動[2]。

1 PASCO熱輻射實驗的介紹

PASCO物理實驗設(shè)備不同于傳統(tǒng)的教學(xué)儀器，它是采用傳感器和先進的數(shù)據(jù)采集接口，配以專用的實驗數(shù)據(jù)采集軟件[3]。PASCO熱輻射實驗系統(tǒng)由TD-8580A型腔體熱輻射儀、CI-6552A型功率發(fā)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(zhuǎn)動傳感器及其線性運動附件、60厘米光學(xué)導(dǎo)軌、光闌底架、750型接口、計算機和Datastudio軟件等部分組成。

該系統(tǒng)在物理實驗教學(xué)應(yīng)用中采用計算機控制各種傳感器，能夠?qū)崟r采集實驗中各種變化的物理量；數(shù)據(jù)采集處理軟件有中英文版本，并且實驗數(shù)據(jù)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(shè)綜合性、創(chuàng)新性、設(shè)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(cè)面分別為黑面，白面，拋光鋁面以及有洞磨砂鋁面。在開設(shè)綜合設(shè)計性實驗時，學(xué)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(cè)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(jiān)控和數(shù)據(jù)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(fā)引導(dǎo)學(xué)生利用實驗室的現(xiàn)有實驗設(shè)備進行研究和探索，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和創(chuàng)新能力，PASCO熱輻射實驗儀有很好的應(yīng)用效果。一個實驗是否適合于開設(shè)綜合設(shè)計性實驗，除了它涉及到多學(xué)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(jié)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(guān)。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(fā)生器用于控制TD-8580A型腔體熱輻射儀加溫，可研究功率發(fā)生器的電壓電流與腔體溫度的關(guān)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(guān)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(xué)導(dǎo)軌上轉(zhuǎn)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(cè)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(diào)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(zhì)和結(jié)構(gòu)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(chǎn)生活中的應(yīng)用進行探索。

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

3 結(jié)論

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

參考文獻

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

[2] 王翠菊，孟召平.大學(xué)生創(chuàng)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(xué)中的應(yīng)用，麗水學(xué)院學(xué)報[J]2007，29（2）：89-91.