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高职物理实验模块教学法的应用

减小字体 增大字体 作者:佚名  来源:本站整理  发布时间:2017-04-12 20:47:41

高职物理实验模块教学法的应用
    为体现“以够用为度、以应用为目的、以为专业服务为宗旨”的原则,笔者针对于W学院的电力系、机电系进行了调研,了解相关专业对高职物理实验的需求情况,调研情况如表20
    电力系包括发电厂及电力系统、火电厂集控运行、电气自动化及热动四个专业,在热工基础、热力系统、电工基础、电机学课程中涉及到相关物理知识;机电系包括机电一体化技术、矿山机电、汽车检测与维修、计算机多媒体技术四个专业,在电工与电子技术、电机学、传感器的应用课程中涉及到相关物理知识,如图四所示。可见各系对同一个实验项目的需求与否是有差异的,有些实验如果对学生后续专业的学习指导意义不大,则没有必要开设,这样既节省了时间又可以减小仪器的磨损延长其使用寿命,基于前面提到各专业开设的物理实验项目基本一致,体现不出专业特色的问题,考虑到可以合理取舍实验的内容,根据各系对物理知识的需求程度制定具体的教学计划。通过了解电力系、机电系相关专业对高职物理实验的需求情况并考虑到我院现有的实验器材,制定了以下两种针对于以上两个系的基础实验模块:
    在这项调查中,有89. 9%的学生很赞同或基本赞同物理实验讲授过程中适当渗透相关专业知识,只有10. 1%的同学不赞同,看来在实验过程中适当渗透相关专业知识切实反映了学生的需求,这样做是很有必要的。
    下面以“霍尔效应及其应用实验”为例来详细介绍霍尔效应在专业课中的应用。
    实验名称:霍尔效应及其应用
    实验目的:掌握霍尔效应实验原理;熟悉霍尔效应的应用
    实验原理:
    置于磁场中的载流体,如果电流方向与磁场方向垂直,则在垂直于电流和磁场的方向会产生一附加的横向电场,这个现象是霍普斯金大学研究生霍尔于1897年发现的,为了纪念霍尔的这项研究成果将其称为霍尔效应,产生霍尔效应的基本原理是载流子(电子或空穴)在磁场中要受到洛仑兹力f的作用,大小为f二q vB,对于确定的载流子,所受洛仑兹力大小与外加磁场B的大小、与载流子速度v大小成正比,在洛仑兹力的作用下载流子开始运动,在样本内形成一个电场,我们将其称为霍尔电场EH,载流子在霍尔电场中要受到电场力F的作用,大小为F二fHC},载流子选定后,该电场力的大小与霍尔电场的大小成正比。随着载流子的移动,霍尔电场将逐渐增强,载流子受到的电场力也逐渐增大,总有一个时刻载流子受到的电场力F与洛仑兹力f大小相等,达到动态平衡状态,即q vB二Etrq,由此,可推出霍尔电场大小为EH--vB穿过材料横截面的电流大小为1.s = nebdv
实验仪器:TH-H型霍尔效应实验组合仪。TH-H型霍尔效应实验仪,主要由规格为>2500GS/A电磁铁、N型半导体硅单晶切薄片式样、样品架、工s和工m换向开关、VH和V}(即VAC)测量选择开关、工作电流源、励磁电流源和直流数字毫伏表组成。   
仔细阅读本实验仪使用说明书后,按下图连接测试仪和实验仪之间相应的工s, VH和IM各组连线,工s及工m换向开关投向上方,表明工s及工m均为正值(即工s沿X方向,B沿Z方向),反之为负值。VH, V }切换开关投向上方测VH,投向下方测V。为了准确测量,应先对测试仪进行调零,即将测试仪的“工s调节”和“工m调节”旋钮均置零位,待开机数分钟后若VH显示不为零,可通过面板左下方小孔的“调零”电位器实现调零,即“0. 00"。转动霍尔元件探杆支架的旋钮X, Y,慢慢将霍尔元件移到螺线管的中心位置。
    霍尔元件的应用:
    利用霍尔效应制成的霍尔器件己广泛应用于化工、电力等各行业的自动控制和信息处理方面,由于金属和电解质的霍尔系数较小,[31」因此霍尔效应不明显,而半导体材料的霍尔系数较大,霍尔效应明显,常见霍尔器件采用的半导体材料有砷化嫁(GaAs) ,锑化锢(InSb、砷化锢(InAe)、锗(Ge)和硅(Si),),所以,应用半导体材料制成的霍尔元件应用较为广泛,下面简单介绍几种霍尔元件的应用。
    霍尔油门传感器
    霍尔油门传感器是利用霍尔效应制作的非接触式电子油门,[32〕可实现非接触式控制,它实际是一个角度传感器,其工作原理是当油门踏板的位置改变后,油门传感器便将位置信号转化为电压信号,由于在角度变化的一定范围内,电压输出值与角度变化量成线性关系,因此测量出霍尔电压便可以测出踏板的角位移。
    霍尔速度传感器
    霍尔速度传感器作为车轮转速传感器,由传感头、齿圈组成,传感头由永磁体、霍尔元件和电子电路等组成。工作原理是车轮转动后,霍尔元件通向齿圈,齿圈相当于一个集磁器,当齿圈位于不同位置时,穿过霍尔元件的磁力线疏密程度不同,磁场强弱程度也不同,齿圈转动时,使得穿过霍尔元件的磁力线密度发生变化,因而引起霍尔电压的变化,霍尔元件将输出一个毫伏(mV)级的准正弦波电压,然后再由电子电路转换成标准的脉冲电压。
    霍尔电流传感器
      该传感器能在电隔离条件下测量直流、交流及各种不规则波形的电流,当待测电流从传感器穿芯孔中穿过,即可在输出端得到与被测电流对应的电压大小。其工作原理是由毕奥一萨伐尔定律可知载流导线周围存在磁场,磁场强弱与载流导线通过的电流成正比,该磁场被磁环聚集并感应到霍尔器件上,产生霍尔电压,经运算放大器输出电压Vso
 

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