从一类研讨数字观试验仪器仪表组配的必须性

  计量专家 ·  2011-12-09 09:07  ·  37123 次点击
超声波声速测定仪测量声速实验,实验原理简单,既能反映物理学理论体系的多个知识点,所用的仪器设备价格又较低。所以,在国内各高校普遍开设,一些研究人员还对此实验作了改进和补充,使其更易于使用或功能更加丰富<5-6>。
该实验所用的仪器包括超声速度测定仪、低频信号发生器和示波器。实验的内容有两个:第一是用共振干涉法测量超声波波长,具体做法是在驻波共振状态下,缓慢移动游标卡尺上接收器S2的位置,每当示波器上显示振幅最大时,记录一次游标卡尺上S2的读数xi。共测16组数据。第二是用相位比较法测量超声波波长,具体做法是仍在驻波共振状态下,缓慢移动游标卡上接-收器S2的位置,每当示波器上出现直线时,记录一次游标卡尺上S2的读数xi共测16组数据。然后回去按逐差法进行数据处理。得出超声波的波长。
为了了解同学们对这个实验的体会,我们设计了一个问卷调查,参与调查的同学为40人,实际回收表格40份。1是问卷调查的内容和结果。
从该表中可以看出,同学们认为最容易的环节是声波性质的理解和低频信号发生器的使用,这跟我们的意料一致,同时也说明同学们对这次调查是认真的,结果会有比较高的可靠性。
而最困难的环节集中在3个地方,分别是相位法原理的理解,示波器的使用和声速测定仪的使用。这三者当中,声速测定仪的使用成为最困难的环节出乎我们的意料,因为声速测定仪在整个实验中的作用就是极大值位置或异、同相位置的确定,其操作也很简单,只是转动螺旋器,经进一步询问后才了解到,同学们之所以认为相位法原理的理解和声速测定仪的使用最困难,是因为在相位法测波长时,异、同相位置的判定比较困难。从深层次来看,这实际上是反映示波器在显示李萨如图形时,对两个信号位相差反应的敏感度不合适。
收获最小的环节主要集中在声波性质的理解、低频信号发生器的使用和实验报告的撰写上。前两个环节也是同学们认为最容易的环节,这说明同学们自认为在以往的理论和实验过程中已掌握了这两个环节的知识或本实验对声波性质的理解帮助不大。同时也进一步说明了调查结果的一致性。至于实验报告的撰写这个环节被一部分同学认为收获最小,说明现有的实验报告撰写规定有值得商榷的地方,一个可能的改进方向是减少实验原理的抄写,加强对实验结果的讨论。
收获最大的环节是超声波产生和接收方法的理解,最不合理的环节是低频信号发生器的使用和实验报告的撰写,最合理的环节是干涉法原理的理解。这三个数据说明这个实验的设置是有意义的,通过这个实验同学们理解和基本掌握了超声波的产生和接收、干涉法测波速的原理和方法。
用时最多和最希望改进的环节基本一致,主要包括示波器的使用、声速测定仪的使用及实验数据的正确记录和处理。声速测定仪的使用会成为用时最多和最希望改进的环节,其深层次原因与最困难的环节中的解释一样,都是因为在显示李萨如图形时,示波器对两个信号位相差反应的敏感度不合适。而实验数据的正确记录和处理,本来就是一个用时较多的环节,也是我们所期待的结果。
总结来说,我们得到一个印象,就是声波性质的理解和低频信号发生器的使用是同学们已基本掌握的知识。超声波产生和接收方法的理解是收获最大的,而干涉法原理的理解是最合理的。示波器的使用和声速测定仪的使用最困难、用时最多也最希望改进,相位法原理的理解虽然困难,但费时不多也不要求改进。作深一步的了解后,发现声速测定仪的使用上的问题仍可以归因为示波器上的问题。
分析与结论
在这个实验中,示波器的使用之所以成为最困难、用时最多也最希望改进的环节。主要的原因就是所配用的示波器功能过于复杂。我们实验室所用的示波器是SS-7802A.该示波器的测量模式就有4种,而且触发信号来源和触发耦合模式方面又各有4种。在输入通道方面,两个通道(Ch1和Ch2)有多种组合,且每一通道有接通与否,是否反相,是否接地和是否交流的选择,对初学者来说,确实会眼花缭乱。是示波器的主要性能。
从表中可发现,该示波器的功能十分丰富,相应的操作也比较复杂。统计表明,示波器上的接线点、旋钮、按键有40个之多。其技术参数也十分丰富和精确。但在本实验中,对示波器的要求是能正确地反映信号的极大值和李萨如图形即可,其余的功能并不需要。而期望同学们通过完成本实验,进一步熟悉示波器的使用的想法,由于存在数据测量的压力,一般也难于达到。
正是由于在示波器上的操作用时太多,导致在整个实验中,同学们忙于调节仪器,缺乏时间对物理现象进行仔细的观察、分析,表现在声波性质的理解这一环节,同学们认为最容易和收获最小。因此,很明显,在该实验中配置很高级的示波器不仅没有必要,而且还有负面的作用。作进一步的推论,我们还可以确认,在物理实验课程中,除了实验内容的设置要合理之外,实验仪器的正确配置也是很重要的一个环节,仪器配置不当,将严重影响实验的顺利完成,从而影响到实验目的的实现。实验仪器越高档,实验就越先进,实验效果也越好的观念是不正确的。

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