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基本信息
- 項目名稱：
- 基于PASCO實驗平臺物理實驗的設(shè)計與研究
- 小類：
- 數(shù)理
- 簡介：
- PASCO實驗平臺是一個將計算機數(shù)據(jù)采集與分析應(yīng)用于物理實驗的系統(tǒng)，運用現(xiàn)代電子技術(shù)，采用傳感器進行數(shù)據(jù)采集，電腦進行過程控制和數(shù)據(jù)處理，尤其是對一些瞬態(tài)變化的物理量能做到實時測量，對一些不易觀察的物理現(xiàn)象能實現(xiàn)感官展示。根據(jù)PASCO實驗平臺實驗附件可組裝性強的特征進 行新的實驗設(shè)計與設(shè)備研究，實現(xiàn)PASCO實驗平臺的設(shè)計性應(yīng)用與擴展研究。
- 詳細(xì)介紹：
- PASCO實驗平臺主要由三個部分組成：(1)傳感器。利用先進的傳感技術(shù)，實時采集實驗中各種變化的物理量，現(xiàn)有傳感器40余種，如：力傳感器、旋轉(zhuǎn)移動傳感器、加速率傳感器、壓強傳感器、電荷傳感器、光傳感器等等。(2)數(shù)據(jù)采集接口。將 傳感器的數(shù)據(jù)通過科學(xué)工作室輸入計算機，最高采樣頻率為250kHz，750型接口還配有+/-5V，300mA的直流及交流的信號發(fā)生器。(3)數(shù)據(jù)采集軟件。中英文應(yīng)用軟件，包括240個預(yù)設(shè)的物理實驗，可以進行多種實驗數(shù)據(jù)的顯示形式和處理功能。抓住PASCO實驗平臺實驗附件可組裝性強，在儀器配置和實驗實施方面相應(yīng)也比較容易的特征，通過與現(xiàn)在已有的傳統(tǒng)實驗設(shè)備的合理集成，展開創(chuàng)新性實驗設(shè)計與實踐，既最大限度的利用了現(xiàn)有資源，又能實現(xiàn)實驗過程和數(shù)據(jù)采集的自動化管理。這樣，不僅有利于激發(fā)學(xué)生的研究興趣，也有利于培養(yǎng)學(xué)生的實踐能力和創(chuàng)新能力。
作品專業(yè)信息
撰寫目的和基本思路
- 目的： 利用PASCO實驗平臺展開創(chuàng)新性實驗設(shè)計與實踐；體現(xiàn)PASCO實驗平臺在設(shè)計上的應(yīng)用與價值。 基本思路： 1. 基于PASCO實驗平臺設(shè)計單縫衍射實驗，實現(xiàn) 信號的自動化采集和多角度定量分析； 2. 設(shè)計新型超聲光柵實驗，測量溶液的相關(guān)物理量，確定超聲波速度與溶液濃度的關(guān)系，提供一種利用超聲波對相關(guān)溶液濃度進行快速測定和比較的方法。 體現(xiàn)PASCO 實驗平臺的優(yōu)勢。
科學(xué)性、先進性及獨特之處
- 本項目根據(jù)PASCO實驗平臺實驗附件可組裝性強 的特征，進行新的實驗設(shè)計與設(shè)備研究，具有良好的實驗效果，對于提高學(xué)生的創(chuàng)新實踐能力大有裨益；實驗可擴展空間大，對實驗裝置經(jīng)過改裝可輕松變換為圓孔衍射、雙縫干涉、多縫干涉，超聲光柵等，從而形成光學(xué)實驗系列，有助于實驗室實驗項目的更新；提供了一種對相關(guān)溶液濃度進行快速測量和比較的方法，為新的儀器設(shè)備和儀器手段的有效利用提供了一種新思路。
應(yīng)用價值和現(xiàn)實意義
- 本項目針對PASCO實驗平臺實驗附件可組裝性強 的特征進行實驗設(shè)計與設(shè)備改造，利于學(xué)生創(chuàng)新實踐能力的提高。基于PASCO實驗平臺的設(shè)計性應(yīng)用 思路，對一些設(shè)備受限的實驗為一種有效措施，為新儀器設(shè)備的有效利用提出新思路。并在一定實驗基礎(chǔ)上，在擁有了對相關(guān)實驗原理的認(rèn)識后，又能利用PASCO實驗平臺發(fā)展一些新的實驗方法來對相 關(guān)原理進行論證與研究，有利于加深對相關(guān)物理現(xiàn)象進一步的理解和認(rèn)識。
學(xué)術(shù)論文摘要
- 本文抓住PASCO實驗平臺的實驗附件可組裝性強 的特征，利用PASCO實驗平臺的傳感器及數(shù)據(jù)采集 設(shè)備對傳統(tǒng)單縫衍射實驗進行改造，實現(xiàn)了信號的自動化采集和多角度定量分析；采用數(shù)值仿真軟件對該衍射過程進行仿真與分析，確定了該實驗系統(tǒng)的精確度及可靠性。在此基礎(chǔ)上，根據(jù)超聲波衍射原理以及PASCO實驗平臺已有的硬件條件，設(shè)計與 搭建新型超聲光柵實驗裝置，對溶液的相關(guān)物理參數(shù)進行測量，并進一步計算超聲波聲速，從而確定超聲波速度與溶液濃度的關(guān)系。本文提供了一種利用超聲波速度對相關(guān)溶液濃度進行快速測量和比較的方法，實現(xiàn)了PASCO實驗平臺的設(shè)計性應(yīng)用價值 與拓展研究，對于提高學(xué)生的創(chuàng)新能力及新型設(shè)備的有效利用大有裨益。
獲獎情況
- 本項目被評為2009-2010年北京工業(yè)大學(xué)“星火基金”優(yōu)秀項目； 根據(jù)項目中的部分內(nèi)容，撰寫“基于PASCO實驗平臺的設(shè)計性應(yīng)用思路及其嘗試”的論文，在“2010年兩岸三地高等學(xué)校物理教育學(xué)術(shù)研討會”論文摘要集上發(fā)表，并被《大學(xué)物理試驗》接收，定于 2011年6月發(fā)表。
鑒定結(jié)果
- 屬實。
參考文獻
- 1、姚啟鈞.《光學(xué)教程》第3版. 北京, 高等教育出版社, 2002 2、呂乃光.《傅里葉光學(xué)》第2版. 北京機械工業(yè)出版社, 2006 3、鄧金祥, 劉國慶.《大學(xué)物理實驗》第1版. 北京工業(yè)大學(xué)出版社, 2005 4、陳修芳. 亥姆霍茲線圈磁場分布及其測量. 大學(xué)物理實驗,Vol.22, 3, 2009.9 5、朱禮軍, 魏昕, 喻穎. 利用PASCO傳感器研究管中聲波的共振. 大學(xué)物理實驗, Vo1.28,10,2008,10 6、郭山河,高淑琴,何越. 利用超聲光柵測透明液體的濃度. 吉林工業(yè)大學(xué)自然學(xué)學(xué)報, Vol.30, N0.4 , 2000.10 7、徐金榮, 張榮. 超聲光柵理論與實驗研究. 安徽建筑工業(yè)學(xué)院學(xué)報, Vol.18, 1, 2010.11 8、諸國禎, 盧克安, 楊旭輝, 傅德永. 對記錄脈沖聲場的光學(xué)方法及對沙中埋藏的類圓柱體的散射聲場的研究. 聲學(xué)學(xué)報, Vol.27, No.3, 2002.5 9、鄭志敏, 丁天懷, 張建福. 小孔陣列衍射特性與應(yīng)用. 光學(xué)學(xué)報, Vol.26, No.2 , 2006.2 10、M.S. Greenwood, A. Brodsky, L. Burgess and L.J. Bond, Using ultrasonic diffraction grating spectroscopy to characterize fluids and slurries, Review of Progress in Quantitative Nondestructive Evaluation 22B（2002), pp. 1637–1643 11、A. Brodsky, L. Burgess and S.A. Smith, Grating light reflection spectroscopy, Applied Spectroscopy 52 （1998), p. 332A 12、Rioux.F, Single-slit diffraction and the uncertainty principle, journal of chemical education 88（2005）, pp. 1210-1210
同類課題研究水平概述
- PASCO公司是美國專業(yè)物理教學(xué)儀器生產(chǎn)商，先進的教學(xué)儀器已被世界上很多國家廣泛選用，目前國內(nèi)用戶有北京大學(xué)、上海交通大學(xué)、華中科技大學(xué)、浙江大學(xué)、南開大學(xué)、中山大學(xué)、同濟大學(xué)、上海大學(xué)等數(shù)十所高等學(xué)校(院) 。它是一個將計 算機數(shù)據(jù)采集與分析應(yīng)用于物理實驗的系統(tǒng)，運用現(xiàn)代電子技術(shù)，采用傳感器進行數(shù)據(jù)采集，電腦進行過程控制和數(shù)據(jù)處理，尤其是對一些瞬態(tài)變化的物理量能做到實時測量，對一些不易觀察的物理現(xiàn)象能實現(xiàn)感官展示。為了配合其計算機接口、傳感器和實驗軟件的使用，PASCO公司自己開發(fā)了一系 列實驗項目，包括一些典型的普通物理實驗以及一些綜合性實驗。利用這些現(xiàn)成的實驗項目，是目前各個學(xué)校使用PASCO實驗平臺開展實驗室工作的主 要形式。
