項目背景
高中物理教科書中探究加速度(a)與力(F)、質量(m)的定量關系時,學生每次實驗最快也得計算10分鐘左右,才能得出結果。在實驗中占用10分鐘去重復機械地計算,嚴重浪費課堂寶貴的教學時間,并且學生計算出來的結果誤差也較大,實驗效果不明顯。
有條件的學??赡茉谧霰緦嶒灂r用到DIS數(shù)字信息系統(tǒng)等實驗設備,DIS數(shù)字信息系統(tǒng)采集的數(shù)據(jù)精確,實驗效果好,但價格較高,并且需要配合電腦使用,實驗總成本太大,普及性差。
我收集了相關資料,設計制作了電路,編寫了相應程序,經過反復調試試驗,終于成功制作出了加速度采集器。
?系統(tǒng)結構
加速度采集器外形見圖1。對應鼠標的X、Y、Z軸,可以同時連接3個采集探頭。
單片機相關電路
由于系統(tǒng)要進行高速計算和處理數(shù)據(jù),所以單片機選用性價比較高的STC89C516RD+。顯示模塊選用LCM12864液晶屏,能夠同時顯示4行,每行顯示16個字符。本系統(tǒng)使其同時較精確地顯示初速度(V)、末速度(V)、時間(t)及加速度(a)。
USB轉TTL電路是電腦與單片機通訊的橋梁,可以將編寫好的程序下載到單片機,也可以將單片機處理后的速度、加速度信息傳送到電腦,配合軟件可進行直觀分析速度、加速度隨時間變化情況。
系統(tǒng)需要5V直流工作電源,電路設計了寬電壓輸入接口,輸入7~12V直流電壓,經降壓、穩(wěn)壓后輸入5V直流電壓,另外增加了1塊9V充電電池,可供系統(tǒng)脫機使用。
實驗裝置、采集過程與原理
全套實驗裝置見圖2。本探究實驗裝置用到的設備有:加速度采集器、采集探頭、斜面、小車、砝碼、小桶、細砂、細繩、數(shù)據(jù)線、開關連線等。
準備工作
連接加速度采集器與采集探頭、開始觸發(fā)開關、停止觸發(fā)開關。
本實驗只需要連接1個采集探頭,源程序中是用X軸信息計算加速度的,因此將采集探頭數(shù)據(jù)線