教學(xué)演示用多功能儀

　　現(xiàn)有初高中的物理實(shí)驗(yàn)室關(guān)于聲、光、熱、力、電的物理量的測量工具很多，作為演示用存在如下的問題：
　　傘可見度小。例如，演示用的指針式萬用表、演示用的液柱式溫度計(jì)，雖然做得很大，但是距離儀器十多米以外的學(xué)生很難看清讀數(shù)。
　　傘很多測量工具分辨率低，如：電學(xué)萬用表、力學(xué)測力計(jì)在一個(gè)量程之內(nèi)，只能刻幾十個(gè)格，分度值大，精度差。
　　傘現(xiàn)在電子市場上的一些數(shù)顯高精度的測量工具若直接拿過來用，存在如下問題：數(shù)顯的尺寸小，不能滿足在大教室里清晰讀數(shù)的需要；數(shù)控?cái)?shù)顯儀器專用性強(qiáng)、售價(jià)高，物理實(shí)驗(yàn)室需幾十種測量工具，成本難以承受；現(xiàn)有儀器的結(jié)構(gòu)、規(guī)格和演示實(shí)驗(yàn)的要求難以對號。
　　傘新教材的思想更重視探究性的實(shí)驗(yàn)，常用“控制變量”的實(shí)驗(yàn)方法，使一些物理量保持不變，另一些物理量改變。但用現(xiàn)有器材很難做到精確控制，能應(yīng)用在教學(xué)上的數(shù)控教具很少。
　　綜上所述，需研發(fā)具有如下功能的一件教學(xué)演示用的多功能儀器：能夠測量聲、光、熱、力、電諸多的物理量；可見度大，能夠在幾十米范圍內(nèi)看得清讀數(shù)的需要；測量精度高；造價(jià)低；能夠通過數(shù)控的方法控制諸多的物理量。經(jīng)過幾年的研究制作，本項(xiàng)目很理想地解決了上述問題。
　　實(shí)物外形見圖1。此多功能儀由數(shù)碼管、鍵盤、功能標(biāo)志卡(如恒壓源)和單位標(biāo)志卡(如V)、附件等組成。功能標(biāo)志卡、單位標(biāo)志卡、附件可以隨功能更換，用小磁體把鐵片標(biāo)志卡吸在儀器的外殼上。
　　工作原理見圖2。數(shù)字顯示部分采用大屏LED數(shù)碼管，采用單片機(jī)80C51進(jìn)行數(shù)據(jù)處理和對數(shù)碼管的顯示驅(qū)動(dòng)，由ICL7135進(jìn)行高精度A/D轉(zhuǎn)換，設(shè)計(jì)了3個(gè)接口，K1是模擬信號輸入接口，K2是數(shù)據(jù)輸入的串行接口，K3是數(shù)控輸出的串行接口。通過3個(gè)接口連接附件、傳感器等完成各項(xiàng)功能。
　　如進(jìn)行電壓、電流、電阻等物理量的測量時(shí)，這些模擬信號是通過K1口接入的，由ICL7135進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換，5位10進(jìn)制顯示。
　　頻率的測量采用1秒內(nèi)計(jì)數(shù)的方法，由石英晶體產(chǎn)生1秒信號，精度極高。通過分頻芯片分頻后通過K2口接入。
　　信號發(fā)生器采用頻率合成技術(shù)，基頻由石英晶體產(chǎn)生，精度高。分頻比由K3口輸出給附件。
　　此教具的功能可以進(jìn)一步開發(fā)，因?yàn)楦鞣N傳感器大多都是和單片機(jī)接口，如大氣壓的測量、液體內(nèi)部壓強(qiáng)的測量、有毒氣體含量的測量等。此教具更是電子制作的好助手。
　　由于此教具的精度高，所以，原來很難做的實(shí)驗(yàn)可用它輕松演示。如音頻共振實(shí)驗(yàn)一般要用共振音叉，但由于響度小，效果不明顯，而使用此教具就能輕松演示。先測得音叉頻率，再用此教具發(fā)出和音叉頻率一樣的信號，帶動(dòng)揚(yáng)聲器，音叉馬上共振，并能探究信號頻率改變多少，音叉就不會(huì)共振；1/2頻率和2倍頻率能否共振，改變響度和波形對共振的影響等。實(shí)驗(yàn)證明頻率差
　　2赫茲就不能共振，所以原來的實(shí)驗(yàn)很難成功。
　　此教具的數(shù)控功能專為探究性教學(xué)而設(shè)計(jì)，演示效果特別奸，如數(shù)控變頻恒壓源用來探究電阻、電容、電感的阻抗特性，及他們串并聯(lián)的阻抗特性，由于頻率可精密成倍變化控制，結(jié)論特別準(zhǔn)確。
　　原來演示氣體體積的改變引起內(nèi)能改變的實(shí)驗(yàn)時(shí)，用壓縮空氣點(diǎn)火儀來說明壓縮空氣內(nèi)能增加，但成功率低，采用此教具的測溫功能演示此間題效果特別好。
　　自行設(shè)計(jì)電子電路和單片機(jī)軟件開發(fā)，使該儀器功能強(qiáng)大，通用性強(qiáng)，在物理聲、光、熱、力、電教學(xué)中都能得到應(yīng)用。精心設(shè)計(jì)該儀器的尺寸、造型，滿足演示教學(xué)的需要，可在20米范圍內(nèi)清晰讀數(shù)。采用更換附件和功能顯示卡的方法，使多功能儀以專用儀顯示給學(xué)生，利于學(xué)生的學(xué)習(xí)和理解。
　　該項(xiàng)目獲得第26屆全國青少年科技創(chuàng)新大賽科技輔導(dǎo)員創(chuàng)新成果科教制作類一等獎(jiǎng)。
　　該作品是多種技術(shù)集成創(chuàng)新的一種體現(xiàn)。它提高了演示實(shí)驗(yàn)的可見度，所做實(shí)驗(yàn)效果明顯，同時(shí)也提高了實(shí)驗(yàn)測量的精度，一物多用，節(jié)約資源，既符合利用數(shù)字技術(shù)提升傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的技術(shù)發(fā)展趨勢，也符合節(jié)能減排、和諧發(fā)展的需