基本信息
- 项目名称：
- 基于PASCO实验平台物理实验的设计与研究
- 来源：
- 第十二届“挑战杯”省赛作品
- 小类：
- 数理
- 大类：
- 自然科学类学术论文
- 简介：
- PASCO实验平台是一个将计算机数据采集与分析应用于物理实验的系统，运用现代电子技术，采用传感器进行数据采集，电脑进行过程控制和数据处理，尤其是对一些瞬态变化的物理量能做到实时测量，对一些不易观察的物理现象能实现感官展示。根据PASCO实验平台实验附件可组装性强的特征进 行新的实验设计与设备研究，实现PASCO实验平台的设计性应用与扩展研究。
- 详细介绍：
- PASCO实验平台主要由三个部分组成：(1)传感器。利用先进的传感技术，实时采集实验中各种变化的物理量，现有传感器40余种，如：力传感器、旋转移动传感器、加速率传感器、压强传感器、电荷传感器、光传感器等等。(2)数据采集接口。将 传感器的数据通过科学工作室输入计算机，最高采样频率为250kHz，750型接口还配有+/-5V，300mA的直流及交流的信号发生器。(3)数据采集软件。中英文应用软件，包括240个预设的物理实验，可以进行多种实验数据的显示形式和处理功能。抓住PASCO实验平台实验附件可组装性强，在仪器配置和实验实施方面相应也比较容易的特征，通过与现在已有的传统实验设备的合理集成，展开创新性实验设计与实践，既最大限度的利用了现有资源，又能实现实验过程和数据采集的自动化管理。这样，不仅有利于激发学生的研究兴趣，也有利于培养学生的实践能力和创新能力。
作品专业信息
撰写目的和基本思路
- 目的： 利用PASCO实验平台展开创新性实验设计与实践；体现PASCO实验平台在设计上的应用与价值。 基本思路： 1. 基于PASCO实验平台设计单缝衍射实验，实现 信号的自动化采集和多角度定量分析； 2. 设计新型超声光栅实验，测量溶液的相关物理量，确定超声波速度与溶液浓度的关系，提供一种利用超声波对相关溶液浓度进行快速测定和比较的方法。 体现PASCO 实验平台的优势。
科学性、先进性及独特之处
- 本项目根据PASCO实验平台实验附件可组装性强 的特征，进行新的实验设计与设备研究，具有良好的实验效果，对于提高学生的创新实践能力大有裨益；实验可扩展空间大，对实验装置经过改装可轻松变换为圆孔衍射、双缝干涉、多缝干涉，超声光栅等，从而形成光学实验系列，有助于实验室实验项目的更新；提供了一种对相关溶液浓度进行快速测量和比较的方法，为新的仪器设备和仪器手段的有效利用提供了一种新思路。
应用价值和现实意义
- 本项目针对PASCO实验平台实验附件可组装性强 的特征进行实验设计与设备改造，利于学生创新实践能力的提高。基于PASCO实验平台的设计性应用 思路，对一些设备受限的实验为一种有效措施，为新仪器设备的有效利用提出新思路。并在一定实验基础上，在拥有了对相关实验原理的认识后，又能利用PASCO实验平台发展一些新的实验方法来对相 关原理进行论证与研究，有利于加深对相关物理现象进一步的理解和认识。
学术论文摘要
- 本文抓住PASCO实验平台的实验附件可组装性强 的特征，利用PASCO实验平台的传感器及数据采集 设备对传统单缝衍射实验进行改造，实现了信号的自动化采集和多角度定量分析；采用数值仿真软件对该衍射过程进行仿真与分析，确定了该实验系统的精确度及可靠性。在此基础上，根据超声波衍射原理以及PASCO实验平台已有的硬件条件，设计与 搭建新型超声光栅实验装置，对溶液的相关物理参数进行测量，并进一步计算超声波声速，从而确定超声波速度与溶液浓度的关系。本文提供了一种利用超声波速度对相关溶液浓度进行快速测量和比较的方法，实现了PASCO实验平台的设计性应用价值 与拓展研究，对于提高学生的创新能力及新型设备的有效利用大有裨益。
获奖情况
- 本项目被评为2009-2010年北京工业大学“星火基金”优秀项目； 根据项目中的部分内容，撰写“基于PASCO实验平台的设计性应用思路及其尝试”的论文，在“2010年两岸三地高等学校物理教育学术研讨会”论文摘要集上发表，并被《大学物理试验》接收，定于 2011年6月发表。
鉴定结果
- 属实。
参考文献
- 1、姚启钧.《光学教程》第3版. 北京, 高等教育出版社, 2002 2、吕乃光.《傅里叶光学》第2版. 北京机械工业出版社, 2006 3、邓金祥, 刘国庆.《大学物理实验》第1版. 北京工业大学出版社, 2005 4、陈修芳. 亥姆霍兹线圈磁场分布及其测量. 大学物理实验,Vol.22, 3, 2009.9 5、朱礼军, 魏昕, 喻颖. 利用PASCO传感器研究管中声波的共振. 大学物理实验, Vo1.28,10,2008,10 6、郭山河,高淑琴,何越. 利用超声光栅测透明液体的浓度. 吉林工业大学自然学学报, Vol.30, N0.4 , 2000.10 7、徐金荣, 张荣. 超声光栅理论与实验研究. 安徽建筑工业学院学报, Vol.18, 1, 2010.11 8、诸国祯, 卢克安, 杨旭辉, 傅德永. 对记录脉冲声场的光学方法及对沙中埋藏的类圆柱体的散射声场的研究. 声学学报, Vol.27, No.3, 2002.5 9、郑志敏, 丁天怀, 张建福. 小孔阵列衍射特性与应用. 光学学报, 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
同类课题研究水平概述
- PASCO公司是美国专业物理教学仪器生产商，先进的教学仪器已被世界上很多国家广泛选用，目前国内用户有北京大学、上海交通大学、华中科技大学、浙江大学、南开大学、中山大学、同济大学、上海大学等数十所高等学校(院) 。它是一个将计 算机数据采集与分析应用于物理实验的系统，运用现代电子技术，采用传感器进行数据采集，电脑进行过程控制和数据处理，尤其是对一些瞬态变化的物理量能做到实时测量，对一些不易观察的物理现象能实现感官展示。为了配合其计算机接口、传感器和实验软件的使用，PASCO公司自己开发了一系 列实验项目，包括一些典型的普通物理实验以及一些综合性实验。利用这些现成的实验项目，是目前各个学校使用PASCO实验平台开展实验室工作的主 要形式。
