摘 要：低成本物理實驗在學(xué)習(xí)中發(fā)揮著巨大的作用，運用好此類實驗對于我們知識點的學(xué)習(xí)和綜合素質(zhì)的提高都是受益匪淺的。本文將簡要探討應(yīng)用低成本物理實驗的意義和利用低成本物理實驗進(jìn)行自動化電路設(shè)計的過程以及存在的問題，以供大家參考。

關(guān)鍵詞：低成本；物理實驗；自動化；電路設(shè)計

物理實驗作為物理課程中重要的組成部分，具有獨特的作用。成本高的物理實驗不適于學(xué)校課程的學(xué)習(xí)，相反，低成本的物理實驗?zāi)馨l(fā)揮它的優(yōu)勢，既能縮減開支又能幫助我們學(xué)習(xí)與應(yīng)用物理知識。

一、低成本物理實驗的意義

相比于成本較高且操作技術(shù)難度大的物理實驗來說，低成本的物理實驗就體現(xiàn)出了成本低廉與高級智慧的雙重優(yōu)點。這種實驗不是完全依照于課本進(jìn)行的物理學(xué)習(xí)，而是發(fā)揮我們學(xué)生的創(chuàng)新能力與知識點的融合來進(jìn)行因地制宜的探索，創(chuàng)造出成本低廉卻切實好用的發(fā)明。這個進(jìn)行低成本物理實驗的過程是對物理知識的理解和深化的過程，是源于課本又高于課本的過程，也是一個創(chuàng)作與研究的過程。

低成本物理實驗操作幫助我們打通了物理知識的任督二脈，使我們真正學(xué)懂了諸如電流、電阻等的物理知識，并將其轉(zhuǎn)化為生活實際中能夠用得上的技能。進(jìn)行實驗需要事前的計劃，事中的動手操作與問題解決，事后的反思與總結(jié)，這前前后后的一系列過程幫助我們提升了思考問題的能力、創(chuàng)新思維的能力、解決問題的能力、克服困難的能力和溝通交流等的各種能力。這種發(fā)揮我們主動性的實驗也讓我們體驗到了動手操作的快樂，調(diào)解了緊繃的神經(jīng)，對于學(xué)習(xí)狀態(tài)的改善以及其他學(xué)科的學(xué)習(xí)都具有促進(jìn)作用。進(jìn)行低成本物理實驗讓我們愛上思考、愛上創(chuàng)新、愛上操作，興趣的趨勢會讓我們變得更優(yōu)秀。

二、低成本物理實驗自動化的電路設(shè)計

物理知識離我們的生活很近，我們通過低成本的物理實驗完成了對家用調(diào)光臺燈的光照自動控制，可以實現(xiàn)臺燈在白天自動熄滅，夜晚自動點亮的效果。

（一）家用手動調(diào)光臺燈的工作原理簡介

我們知道了家用的手動調(diào)光臺燈，是由白熾燈泡和調(diào)光電路兩部分組成的，它的工作原理是將220V的交流電進(jìn)行橋式整流和濾波，通過手動調(diào)節(jié)可變電阻改變整個電路中的電阻來控制燈泡兩端處的電壓，達(dá)到改變燈泡亮度的效果，這就是家用手動調(diào)光臺燈的工作原理。

（二）新思路的構(gòu)建

我們知道了手動控制臺燈燈泡亮度的工作原理是通過改變電路中的電阻從而改變燈泡兩端的電壓實現(xiàn)的，那么就此原理如何將調(diào)節(jié)燈泡亮度的控制由手動改成自動是不是可以在電阻這里下功夫呢？我們進(jìn)行了激烈的討論與研究，最后一致同意，利用光敏電阻來實現(xiàn)對家用臺燈亮度調(diào)節(jié)的自動化。

（三）光照自動控制臺燈的制作與工作原理

如下圖1所示，我們利用導(dǎo)線將光敏電阻連接在臺燈上，一旦臺燈周圍的光線減弱，光敏電阻MG便會呈現(xiàn)很高的電阻態(tài)，這樣就加快了電容C1的充電速率，可控硅PCR中的導(dǎo)通程度就會增大，進(jìn)而達(dá)到了增大燈泡兩端電壓的效果，一旦電壓增大，燈泡的亮度就會提高；當(dāng)臺燈周圍的光線增強(qiáng)時，光敏電阻MG便會呈現(xiàn)出很低的電阻態(tài)，這樣就減緩了電容C的充電速度，可控硅PCR的導(dǎo)通程度也會減小，就達(dá)到了減小燈泡兩端電壓的效果，燈泡就會變暗；當(dāng)可變電阻變到一定程度并且光照強(qiáng)度降低到一定程度時，燈泡就會熄滅。這就是將家用手動調(diào)節(jié)亮度的臺燈改造成自動調(diào)節(jié)亮度的制作和工作原理。進(jìn)行實驗的過程中，老師告訴我們，應(yīng)特別注意此項實驗中的燈泡必須是白熾燈泡，必須保證是純電阻負(fù)載狀態(tài)下進(jìn)行，不能用內(nèi)含電感性負(fù)載的節(jié)能燈泡以免發(fā)生不必要的故障，造成器材損傷。

三、低成本物理實驗存在的問題

經(jīng)過大家的討論和付諸實踐，這個低成本的物理實驗基本上取得了成功，實驗利用了物理學(xué)科中的電學(xué)知識，我們在這個過程中將電阻與電壓的關(guān)系這一知識點真正做到了融會貫通，體會到了物理的奇妙和動手的快樂，增加了學(xué)習(xí)物理的信心，提升了學(xué)習(xí)物理的興趣。但是，這種實驗盡管是低成本的，發(fā)揮了我們學(xué)生的積極性，卻免不得仍然存在著一些問題需要解決。

（一）不能保證人人參與展示

在動手操作過程中，大家積極參與，但是到了展示環(huán)節(jié)，一般是從分好的小組中選擇代表上臺進(jìn)行展示，這就使得參與展示的人是一小部分，得到鍛煉的人也是一小部分，我們學(xué)生的參與性不高。

（二）沒有完善的評價機(jī)制

像這種低成本的物理實驗在課程體系中屬于自主合作探究部分，這個部分還沒有科學(xué)的評價機(jī)制，這就會降低我們的學(xué)習(xí)興趣，不能使這種實驗長久有效的進(jìn)行下去。

（三）班級的文化氛圍不夠

這種實驗課在學(xué)校的課程中還只是一小部分，單靠一科甚至是一科中的幾節(jié)課來提高我們的各項能力是十分不現(xiàn)實的。目前的班級文化環(huán)境還需要進(jìn)一步改善，動手操作實驗的重要性還需要進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)。

四、結(jié)語

低成本物理實驗對于我們學(xué)生來說是十分有必要的，利用低成本的物理實驗進(jìn)行電路設(shè)計將物理知識應(yīng)用到生活實際中是學(xué)以致用的體現(xiàn)，也是符合現(xiàn)代教育觀的行為。我們應(yīng)配合學(xué)校和教師的教學(xué)，并不斷提升自己的能力，盡快成長，報效祖國。

參考文獻(xiàn)：

[1] 王太軍，唐忠敏.低成本物理實驗之“自動化”電路設(shè)計——光照自控調(diào)光臺燈的制作[J].物理教師，2013（10）.

[2] 唐靜.低成本物理實驗的自動化電路設(shè)計[J].中學(xué)物理教學(xué)參考，2015（7）.

作者簡介：王晨宇（1999-），女，漢族。