网页版快捷绘图程序辅助“二极管伏安特性研究”实验教学_王昌英.pdf
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1、第 卷第 期大学物理实验 年 月 收稿日期:基金项目:国家自然科学基金项目();常州工学院“课程思政建设项目”()。通讯联系人文章编号:()网页版快捷绘图程序辅助“二极管伏安特性研究”实验教学王昌英,王 刚,宋永顺(常州工学院 理学院,江苏 常州;华东理工大学 物理学院,上海)摘要:二极管伏安特性研究实验是大学物理实验中的重要基础实验之一。测绘二极管的伏安特性曲线一般采用伏安法进行测量。在实验过程中,学生需要测量二极管两端的电压和流经二极管的电流,并用此来绘制二极管的伏安特性曲线。学生在实验过程中如果能够快捷绘图,以此来及时自检并发现测量数据的问题,对于提高“二极管伏安特性研究”实验的教学效率
2、至关重要。我们采用 语言编写了快捷绘图程序,为学生提供了快捷网页绘图终端。学生在测量完数据后,通过手机浏览器进入绘图终端,输入测量数据,即可绘制电压和电流的关系曲线(曲线)。“二极管伏安特性研究”实验教学过程中快捷网页绘图终端的引入,可以显著提高学生的学习效率和教师的授课效率。关键词:伏安法;曲线;绘图程序;网页终端;快捷绘图中图分类号:文献标志码:大学物理实验投稿网址:晶体二极管是由一个 型半导体和一个 型半导体形成的 结,故晶体二极管的特性就是 结的特性,即单向导电性。当二极管处于正向电压偏置时,外界电场和自建电场的互相抑消作用使载流子的扩散电流增加而引起正向电流,而当二极管处于反向电压偏
3、置时,外界电场和自建电场进一步加强,形成在一定反向电压范围内与反向偏置电压值无关的反向饱和电流。当外加的反向电压高到一定程度时,结空间电荷层中的电场强度达到临界值,载流子会倍增,产生数值较大的反向击穿电流,即所谓的二极管的反向击穿现象。半导体二极管是诞生最早的半导体器件之一,它几乎应用于所有的电子电路中,在其中起着重要作用,如稳压、整流、限幅、发光、开关等,。二极管伏安特性研究实验是大学物理实验中的重要基础实验之一,在实验过程中,学生用测量获得的二极管两端的电压和流经二极管的电流,绘制电压和电流的关系曲线(曲线),通过图像来清楚认识待测二极管的非线性伏安特性。二极管伏安特性曲线的测绘一般采用伏
4、安法。测定二极管正向伏安特性曲线时,常采用电流表外接法;测定二极管反向伏安特性曲线时,常采用电流表内接法。由于高校进行大学物理实验授课时,授课老师需要同时指导几十位同学进行实验操作,数据记录和处理。因此,学生在实验过程中能够快捷绘图,通过及时自检发现测量数据的问题对于提高“二极管伏安特性研究”实验的教学效率至关重要。为使学生在物理实验课上能够快捷绘制二极管的 曲线,辅助“二极管伏安特性研究”的实验教学顺利高效进行,提高学生的学习效率,我们采用 语言编写绘图网页程序,为学生提供可在智能手机上操作的绘图终端。学生在连接好电路,测量完数据后,可以通过手机浏览器进入绘图终端,将测量的数据输入,通过绘制
5、 曲线来自检自己的数据是否已满足实验要求,正确反映二极管的伏安特性。实验原理与教学中存在的问题测绘二极管的伏安特性曲线一般采用伏安法进行测量:即分别采用电压表和电流表来测定二极管两端的电压和流经二极管的电流。以二极管正向伏安特性的研究为例,其使用的电流表外接法的电路图如图()所示。在电路图中,表示电源,是开关,是滑线变阻器,是电流表,是电压表,是保护电阻。通过滑动滑线变阻器的滑片,可以改变待测二极管两端的电压和通过二极管的电流。通过记录二极管两端的电压和流经二极管的电流,即可绘制二极管的正向伏安特性曲线。实验室所用二极管的正向伏安特性曲线的变化趋势如图()所示,学生在实验时,只有数据记录区间适
6、当,数据点密集,才能获得较完整准确的二极管正向伏安特性曲线。图 ()测量二极管正向伏安特性时使用的电路图,()二极管正向伏安特性曲线 高校进行大学物理实验授课,多以班级为单位进行。授课老师需要同时指导几十位同学进行实验操作,数据记录和数据处理。即使在确保学生实验电路准确的情况下,学生在完成此实验,进行数据记录时,还是会出现以下问题:()数据区间测量不足,绘制的伏安特性曲线不能反映测量元件的伏安特性。()数据点过少,绘制的伏安特性曲线过于粗糙。等老师发现问题时,由于课时限制,学生往往已无足够的时间进行数据的补充。为了在课堂有限的时间内完成实验,有些教师会指定学生测量某些电压值,以保证数据点足够完
7、整,可以绘制出完整的伏安特性曲线。但这样做的缺点是使得学生缺少了主动设计测绘点的环节,不利于学生将知识应用到实际实践中。因此,学生在实验过程中能够快捷绘图,通过及时自检发现测量数据的问题对于提高“二极管伏安特性研究”实验的教学效率至关重要。网页绘图程序的开发数据处理软件,如、等,常被用来进 行 二 极 管 伏 安 特 性 研 究 实 验 的 数 据 处理。然而,在高校大学物理实验课程中,学生在开展实验时往往不能方便使用电脑,因此通过电脑软件快捷绘图不易实现。而随着信息化的发展,“互联网”不断深入校园,在教学过程中,更应引入新的教学工具,根据教学内容的特点进行相对应教学模式的改革。图 二极管伏安
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