一種新型電磁振蕩演示儀的研究①

摘 要:電磁振蕩演示實驗是高中物理電磁學教學中的一個重要內容。傳統的演示通常利用表頭來定性的表明電流的起伏，而本設計利用單片機系統模塊，通過AD轉換，設計出一套實驗用具，可以直接采集數據，讀出電磁振蕩中電位的變化，從而可以更直接地研究電磁振蕩現象。

關鍵詞:阻尼振蕩電位單片機

中圖分類號:TP319文獻標識碼:A文章編號:1674-098X(2011)01(a)-0112-01

1 引言

電磁振蕩現象是高中電磁學教學中的重要內容，也是一個十分難以演示的實驗，實驗條件設置不當，很容易將開關接通瞬間引起的表頭指針擺動誤以為阻尼振蕩[1]。同時即使用表頭能夠成功演示，也只能定性觀察到電流的變化，因此為了使學生對電磁振蕩現象有一個比較形象的認識，進一步理解電磁振蕩中電流(電位)的變化，筆者利用單片機系統模塊，通過AD轉換，設計出一套實驗用具，使該儀器可以很好顯示電磁振動的動態過程。

2 設計原理

設計電路如圖1所示，電感L、電容C，電阻R、電源、開關和導線等元件集成在一實驗電路板上，圖1中的P點與單片機系統中的P點相連，圖2為單片機模塊的具體 結構。其中采用STC型號單片機對數據進行存儲和處理，TLC1549型AD芯片將采集的模擬信號轉換為數字信號，LCD1602型號的顯示模塊對數字信號進行顯示，并利用復位電路對整個單片機系統進行復位，便于下次實驗。為觀察到阻尼振蕩，元件應滿足(如要演示臨界阻尼和過阻尼現象，只需換用較大的電容，滿足或)[2]。本設計采用內阻為2的、電感150mH的電感，電容為2200的電容以及5V的電源。

3 設計優點分析

首先，引入了單片機模塊，能夠定量的描述支路中電壓的具體變化，由于單片機采樣頻率高，通過探針即可實現即時數據采集，因此無需計較因電容和電容的選擇帶來的衰減過快這一問題，只要調整內置程序來改變采樣頻率和顯示頻率，就可保證足夠的采集數據信息，這是傳統的演示儀器不能做到的。其次，該學生實驗采用了單片機系統采集數據，這和DISLab(Digital Information System Laboratory，數字化信息系統實驗室)工具具有異曲同工之妙，也符合《普通高中物理課程標準》[3]中關于信息技術要進入物理實驗室的這一精神。

參考文獻

[1]羅星凱.中學物理疑難實驗專題研究[M].桂林:廣西師范大學出版社，1998:100-110.

[2]趙凱華.電磁學[M].北京:高等教育出版社，2003.

[3]中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準(實驗)[M].北京:人民教育出版社，2003.