低成本物理實驗的自動化電路設計

摘 要：低成本物理實驗在學習中發揮著巨大的作用，運用好此類實驗對于我們知識點的學習和綜合素質的提高都是受益匪淺的。本文將簡要探討應用低成本物理實驗的意義和利用低成本物理實驗進行自動化電路設計的過程以及存在的問題，以供大家參考。

關鍵詞：低成本；物理實驗；自動化；電路設計

物理實驗作為物理課程中重要的組成部分，具有獨特的作用。成本高的物理實驗不適于學校課程的學習，相反，低成本的物理實驗能發揮它的優勢，既能縮減開支又能幫助我們學習與應用物理知識。

一、低成本物理實驗的意義

相比于成本較高且操作技術難度大的物理實驗來說，低成本的物理實驗就體現出了成本低廉與高級智慧的雙重優點。這種實驗不是完全依照于課本進行的物理學習，而是發揮我們學生的創新能力與知識點的融合來進行因地制宜的探索，創造出成本低廉卻切實好用的發明。這個進行低成本物理實驗的過程是對物理知識的理解和深化的過程，是源于課本又高于課本的過程，也是一個創作與研究的過程。

低成本物理實驗操作幫助我們打通了物理知識的任督二脈，使我們真正學懂了諸如電流、電阻等的物理知識，并將其轉化為生活實際中能夠用得上的技能。進行實驗需要事前的計劃，事中的動手操作與問題解決，事后的反思與總結，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。這種發揮我們主動性的實驗也讓我們體驗到了動手操作的快樂，調解了緊繃的神經，對于學習狀態的改善以及其他學科的學習都具有促進作用。進行低成本物理實驗讓我們愛上思考、愛上創新、愛上操作，興趣的趨勢會讓我們變得更優秀。

二、低成本物理實驗自動化的電路設計

物理知識離我們的生活很近，我們通過低成本的物理實驗完成了對家用調光臺燈的光照自動控制，可以實現臺燈在白天自動熄滅，夜晚自動點亮的效果。

（一）家用手動調光臺燈的工作原理簡介

我們知道了家用的手動調光臺燈，是由白熾燈泡和調光電路兩部分組成的，它的工作原理是將220V的交流電進行橋式整流和濾波，通過手動調節可變電阻改變整個電路中的電阻來控制燈泡兩端處的電壓，達到改變燈泡亮度的效果，這就是家用手動調光臺燈的工作原理。

（二）新思路的構建

我們知道了手動控制臺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現的，那么就此原理如何將調節燈泡亮度的控制由手動改成自動是不是可以在電阻這里下功夫呢？我們進行了激烈的討論與研究，最后一致同意，利用光敏電阻來實現對家用臺燈亮度調節的自動化。

（三）光照自動控制臺燈的制作與工作原理

如下圖1所示，我們利用導線將光敏電阻連接在臺燈上，一旦臺燈周圍的光線減弱，光敏電阻MG便會呈現很高的電阻態，這樣就加快了電容C1的充電速率，可控硅PCR中的導通程度就會增大，進而達到了增大燈泡兩端電壓的效果，一旦電壓增大，燈泡的亮度就會提高；當臺燈周圍的光線增強時，光敏電阻MG便會呈現出很低的電阻態，這樣就減緩了電容C的充電速度，可控硅PCR的導通程度也會減小，就達到了減小燈泡兩端電壓的效果，燈泡就會變暗；當可變電阻變到一定程度并且光照強度降低到一定程度時，燈泡就會熄滅。這就是將家用手動調節亮度的臺燈改造成自動調節亮度的制作和工作原理。進行實驗的過程中，老師告訴我們，應特別注意此項實驗中的燈泡必須是白熾燈泡，必須保證是純電阻負載狀態下進行，不能用內含電感性負載的節能燈泡以免發生不必要的故障，造成器材損傷。

三、低成本物理實驗存在的問題

經過大家的討論和付諸實踐，這個低成本的物理實驗基本上取得了成功，實驗利用了物理學科中的電學知識，我們在這個過程中將電阻與電壓的關系這一知識點真正做到了融會貫通，體會到了物理的奇妙和動手的快樂，增加了學習物理的信心，提升了學習物理的興趣。但是，這種實驗盡管是低成本的，發揮了我們學生的積極性，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

在動手操作過程中，大家積極參與，但是到了展示環節，一般是從分好的小組中選擇代表上臺進行展示，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，我們學生的參與性不高。

（二）沒有完善的評價機制

像這種低成本的物理實驗在課程體系中屬于自主合作探究部分，這個部分還沒有科學的評價機制，這就會降低我們的學習興趣，不能使這種實驗長久有效的進行下去。

（三）班級的文化氛圍不夠

這種實驗課在學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課來提高我們的各項能力是十分不現實的。目前的班級文化環境還需要進一步改善，動手操作實驗的重要性還需要進一步強調。

四、結語

低成本物理實驗對于我們學生來說是十分有必要的，利用低成本的物理實驗進行電路設計將物理知識應用到生活實際中是學以致用的體現，也是符合現代教育觀的行為。我們應配合學校和教師的教學，并不斷提升自己的能力，盡快成長，報效祖國。

參考文獻：

[1] 王太軍，唐忠敏.低成本物理實驗之“自動化”電路設計——光照自控調光臺燈的制作[J].物理教師，2013（10）.

[2] 唐靜.低成本物理實驗的自動化電路設計[J].中學物理教學參考，2015（7）.

作者簡介：王晨宇（1999-），女，漢族。