|
В наше время в связи с усовершенствованием процесса обучения и воспитания школьников, подготовкой их к трудовой деятельности особенное значение приобретает развитие школьного физического эксперимента. Демонстрационный эксперимент, как метод обучения, появился практически одновременно с началом преподавания систематического курса физики. В системе из методов организации и совершения учебно-познавательной деятельности, которые изучаются, классифицируются по источнику передачи и восприятия учебной инфорации. Демонстрационный эксперимент относится к наглядным методам обучения.
Большие трудности вызывает изучение Второго закона Ньютона, в основном потому, что нет достаточно простых и убедительных экспериментов. Для достижения данной цели эффективно внедрение современной электронной техники, которая позволяет провести эксперимент на более высоком уровне. Рассмотрим, что дает нам современная электронная промышленность в плане изучения физики. В первую очередь для экспериментов по механике нужны простые датчики, которые позволят проводить прямые измерения. А нашем случае для экспериментов необходимо использовать акселерометр. Акселерометр – это прибор для измерения ускорений и перегрузок. Он используется в транспортных машинах и летательных аппаратах, как вибродатчик, в спортивной экипировке (например для определения скорости и дистанции у бегунов) и даже в современных портативных компьютерах – для позиционирования экрана в зависимости от положения ноутбука или защиты жесткого диска, если пользователь роняет компьютер. Другое название акселерометров – датчики ускорения. В отличии от дистанционных датчиков, акселерометры измеряют свое собственное ускорение. По характеру анализируемого движения акселерометры подразделяются на две большие группы – угловые и линейные. Наиболее доступные в соотношении цена-качество емкостные датчики, изготовленные по технологии MEMS. Используя датчики MMA7260Q, мы можем измерять ускорение по трем осям X,Y,Z. Данный тип датчиков имеет чувствительность 800 mV/g. Он изображен на рисунке 1. Схема подключения данного датчика изображена на рисунке 2. На выходе мы получаем напряжение пропорциональное ускорению или положению акселерометра в пространстве (проекция силы тяжести на соответствующей оси). Это напряжение можно подать на самописец и получить график движения тела. Можно использовать компьютерный осциллограф с соответствующим программным обеспечением или сделать его самостоятельно. Для проведения опыта были использованы две тележки массой 200гр. Каждая, два акселерометра и компьютерный осциллограф IRIS. Сначала необходимо изготовить платы для датчиков. Желательно выполнить их так, как показано на рисунке 3. Важнее всего аккуратно припаять контакты датчика к плате. Переключать диапазон измерения при необходимости можно подавая напряжение питания на контакты g-Select 1 i g-Select 2. Не подавая напряжения датчик будет работать в режиме измерения ускорения до 1,5g. Так же необходимо подать на 12 контакт напряжение источника питания, иначе датчик будет находиться в режиме «сна». Рис.1. Внешний вид акселерометра
Рис.2. Типовая схема включения данного датчика.
Рис.3. Зовнішні компоненти та порядок монтажу датчика
Порядок проведения экспериментов. Сначала нужно жестко закрепить датчик на тележке. Подключив источник питания, необходимо замерять напряжение на каждом из выходов датчика (рис 4). Рис. 4. Значення напруг при відповідному положенні акселерометра відносно Землі.
Если оно соответствует заявленному, то можно запустить компьютерную программу. В нашем случае это программное обеспечение осциллографа «IRIS», который имеет режим работы двухканального самописца. Приводим тележку в движение(например пружиной). В результате мы получим график, изображенный на рисунке 5. На графике хорошо видно как изменяется ускорение со временем, до полной остановки тележки. При взаимодействии двух тележек можно увидеть как изменяется вектор ускорения на противоположный при пружинящем столкновении (рис 6.) Рис.5. График изменений ускорения тела со временем
Рис.6. График ускорения при пружинящем ударе двух тележек (линии 1 и 2 в зеркальном положении, особенность работы программы в режиме самописца) 
Датчики ускорения, как и датчики давления, силы и др., достаточно распространены, стоят недорого и позволяют проводить очень точные и простые эксперименты, что позволяет использовать их в физических практикумах. Именно поэтому аналогово-цифровые преобразователи с компьютерной обработкой данных наиболее подходят для поведения опытов, а так же решают проблему наглядности и оптимизации времени.  Фото проведения опыта с использованием осциллографа «IRIS» Литература 1. Freescale Semiconductor. Technical Data ±1.5g - 6g Three Axis Low-g Micromachined Accelerometer 2. http://www.compitech.ru/html.cgi/arhiv/02_01/stat_66.htm Интегральные акселерометры 3. http://ru.wikipedia.org/wiki/Акселерометр 4. Лисенкер Г.Р. Физический эксперимент в школе. Пособие для учиттелей. Вып. 5.М., «Просвещение»,1975. 5. http://easyelectronics.ru/page/3 Акселерометр |
