数字化物理实验演示ppt课件.ppt

1 DIS实验演示与操作 2 1 运动物体的位移 速度 加速度2 牛顿第二定律3 平抛运动4 小灯泡的伏安特性曲线5 通电螺线管的磁场分布6 电容充放电7 电源电动势和内阻8 动量定理 变力 9 法拉第电磁感应定律 切割 10 法拉第电磁感应定律 感应 11 安培力12 向心力研究 实验列表 3 1 测定位移 速度和加速度 4 车轮置于导槽内 5 6 铜螺母置于导向槽内 7 力学轨道系统可应用于运动物体的平均速度测量等实验 8 9 研究变速直线运动的s t图 位移传感器的发射器固定在小车上 接收器固定在轨道一端 发射器 接收器连接采集器 导轨 小车 位移传感器 采集器连接计算机 10 位移传感器 发射器 接收器 传感器的作用 测量小车运动的距离 实验完毕 注意关闭电源 连接采集器 电源开关 11 注意 1 手不要进入发射器与接收器之间 以免影响信号传输 2 各组实验可能会有干扰 3 避免气流扰动 空调 电风扇 气垫导轨等 12 接入传感器后 自动弹出该传感器对应的窗口 传感器窗口标题栏显示出了该传感器所属的数据通道序号 类别 物理量量程及单位 13 点击进入组合图线窗口 14 15 16 点击选择区域按键 选择有效区域 点击拟合按键 选择拟合方程 点击选择图线2 点击其他处理 选择求导 点击拟合 选择线性拟合 通过拟合图线方程读出斜率 即加速度a 17 2 牛顿第二定律 利用计算机绘制a F图和a M图线 18 通过从V t图求加速度实验平衡摩擦力 19 黄色区域 手工输入F M 白色区域 计算机自动记录加速度值 20 1 研究加速度与外力的关系 释放小车得到v t图 手工输入外力F 质量M 包括所有部件 手工输入质量M 21 得到第一组数据 选择区域得到第1组数据 计算机自动输入 22 改变外力 得到第二组数据 保持小车质量不变 多次改变外力得到第2组数据 23 改变外力 得到第三组数据 第3组数据 改变外力 24 改变外力 得到第四组数据 第4组数据 改变外力 25 改变外力 得到第五组数据 第5组数据 改变外力 26 改变外力 得到第六组数据 第6组数据 点击 a F图像 改变外力 27 拟合图线 得到加速度a和外力F图线 理想的实验结果 直线应当通过原点 28 2 研究加速度与质量的关系 第1组数据 29 改变质量 得到第二组数据 保持外力不变 多次改变小车质量 得到第2组数据 外力不变 30 改变质量 得到第三组数据 第3组数据 31 改变质量 得到第四组数据 第4组数据 32 改变质量 得到第五组数据 第5组数据 点击 a M图像 33 拟合图线 得到加速度a与质量M图线 点击 a 1 M图像 这是一条曲线 为了直观地分析 可以取倒数 化曲为直 点击 a 1 M图像 按钮 得到a 1 M图线 34 拟合图线 得到加速度a与质量M的倒数成正比的图线 理想的实验结果 直线应当通过原点 35 36 3 平抛运动 平抛运动实验器 二维平抛运动实验器 37 压电陶瓷片 实验特色 通过测量小球的初速度 飞行时间 落地距离等数据研究平抛运动 平抛运动 光电门 38 二维运动实验系统特色 能够实时描绘运动物体的轨迹能够实时记录下运动物体在平面坐标系内的坐标能够对坐标值进行数据处理 数学分析 完成实验教学 39 发射器 接收器 二维运动传感器 按固定间隔 发射超声波信号 接收头R1 接收头R2 同时接收超声波信号 40 分别测量发射器到两个接收头R1 R2的距离L1 L2 R2 x2 y2 R1 x1 y1 L2 L1 发射器 T x y 接收器 Y X 0 L12 X X1 2 Y Y1 2L22 X X2 2 Y Y2 2 三角定位算法 41 二维运动传感器 发射器 接收器 42 实测图像 对应的实验数据 改变采集频率 43 点击Y 显示竖直方向的分运动 点击X 显示水平方向的分运动 二次函数拟合 44 求加速度 45 46 4 小灯泡U I曲线描绘 47 使用电流 电压传感器 小灯泡U I曲线描绘 48 电路连接 滑动电阻器 电流传感器 电压传感器 灯 49 实验步骤 点击 开始记录 和 传感器调零 接通电源 点击 记录数据 将一组电压 电流值记录在软件的表格中 以适当的电流间隔 改变小灯泡的电流 同时点击 记录数据 记录不同电流以及对应的电压值 额定电流较大的小灯泡 间隔可相应增大 间隔0 02A 50 点击 绘图 显示电压与电流的关系图线 对应的小灯泡依次为 6 3V0 15A6 3V0 42A6V5W 点击 数据计算 计算出小灯泡电阻的大小 51 通用软件测U I曲线 电阻值随电压升高而增大 U I 52 实验中的怪现象 电压 电流 快速拨动滑动变阻器 瞬间改变电路电流 53 分别显示电压 电流 电压 电流 浪涌电流 如何形成的 产生浪涌电流的原因 灯丝的冷电阻很小 当电压瞬间升高时 灯丝的升温需要有一个过程 在这一瞬间通过灯丝的电流很大 这就是浪涌电流 随即灯丝温度急剧上升 电阻增大 电流也相应回落 浪涌电流对电灯有害 54 寻找形成的原因 55 小灯瞬间点亮 对灯丝的冲击 利用三个界面 同时观察物理量的变化过程 56 5 观察电容充放电现象 学生电源 电压传感器 off 多量程电流传感器20mA 57 点击下拉菜单 选择200 58 拨动开关 59 6 研究通电螺线管的磁感应强度 60 实验装置 磁传感器 传感器的作用 测量磁场的强度 螺线管串接10 电阻器接入稳定的直流电源 电压小于6V 传感器使用前需预热3分钟 61 调节电源的正负极 使磁传感器的读数为正值 磁感强度测量值 人工输入 测量距离 螺线管不通电的情况下 传感器调零 62 传感器的 0 刻度线与螺线管对齐 以每次0 5厘米的间隔推入螺线管内部 并点击 记录数据 实验步骤 螺线管 磁传感器 63 点击 绘图 显示螺线管内部磁场强度分布图线 均匀的磁场 64 不要点击 清屏 清除表格中的全部数据 重新实验 可得到另一条图线 6V电压 3V电压 线圈匝数不变 不同电压所对应的磁感强度 间隔为1厘米 图线不圆滑 65 使用螺线管的中心抽头 研究电流不变 0 5A 时 不同匝数所对应的磁感强度 螺线管的外侧 中心抽头 200匝 100匝 66 实验中的注意事项 1 串联10 保护电阻 2 传感器不要长时间滞留在通电的螺线管内 以免损坏器件 霍尔元件通电后会发热 67 7 测定电源电动势和内阻 使用电压 电流传感器 68 使用专用软件 y 0 60 x 3 00 内阻 电动势 69 使用通用软件 内阻 1 47 电动势 2 79V 70 小车插入2厘米挡光片 调整力传感器的高度 使其挂钩与小车的弹簧圈位于同一高度 光电门的位置 小车挡光结束后 立即与挂钩相碰 8 动量定理 力传感器 光电门 71 实验界面 修改默认值 72 挡光片再次通过光电门时 测得v 得到 p mv 点击 开始记录 推动小车运动 挡光片通过光电门时 测得v得到 p mv 实验过程 动量的变化量 p p p 73 点击 选择区域 碰撞后的图线 力传感器测得的F t图 p mv p mv p 74 对图线内的区域进行积分 得到面积 面积的物理含义 冲量I 理论值 I p 改变小车质量 碰撞速度 碰撞介质等 对实验进行深入的研究 75 9 10 法拉第电磁感应 智能电源 法拉第电磁感应定律实验器 感生感应电动势 法拉第电磁感应定律实验器 动生感应电动势 76 研制的装置 由不同高度下落 利用光电门测得速度v电压传感器测得对应的电动势E图线显示E和v的正比关系 77 磁铁 线圈 挡光片 光电门 测量线圈下落的速度 电压传感器 测量电动势 78 S 实验过程 电动势E 速度v 测量速度的同时 导体切割磁场 产生感应电动势E 200匝 挡光片 光电门 电压传感器测量感应电动势 磁铁 测量下落速度v 磁力线 1 研究 E Blv 79 改变线圈的下落高度 匝数一定时 多次改变线圈的下落速度 研究电动势与速度的关系 80 S 实验过程 电动势E 速度v 磁铁 81 实验显示 感应电动势与速度成正比 200匝 2 研究 E Blv 82 改变匝数 改变线圈匝数 重复实验 完成另两组测量 比较三组数据 研究电动势与线圈匝数的关系 改变线圈的匝数 83 改变线圈的匝数重复实验 实验 100匝 300匝 200匝 84 感应电动势与导体长度的关系 实验显示 感应电动势与匝数成正比 电动势之比1 2 3 100匝 200匝 300匝 取同一速度 E Blv 85 另一种实验方法 改变磁感应强度 产生感应电动势 由于磁通量 的大小无法直接测量 但可以利用磁传感器测量磁感应强度B 将测量 的变化快慢 转变为测量B的变化快慢 这样既不影响对物理本质的理解 同时又具有可操作性 研究 研究 86 磁感应强度 感应电动势 磁感强度不变 电动势恒定 磁感强度均匀增加 磁感强度均匀减小 电动势恒定 电动势为0 磁感不变 为0 磁感应强度变化与感应电动势 教学 感应电动势的大小与磁感强度的变化快慢直接相关 当磁感强度均匀变化时 感应电动势恒定 87 改变螺线管中的电流 螺线管 测量磁感应强度 实时实验1 观察磁场的变化 螺线管的电流变化时 螺线管内部的磁感强度也发生变化 B t图 88 实时实验2 磁感强度均匀变化时 感应电动势恒定 测量磁感应强度 测量副线圈的感应电动势 副线圈 原线圈 调节电源 改变原线圈的磁感应强度 可调电源 改变原线圈的磁感应强度 89 智能电源 法拉第电磁感应定律实验器 90 电源开关 交直流转换档 电压输出接口 直流电压调节旋钮 交流电压调节旋钮 91 点击 模式 按键 可选择输出梯形波 三角波 斜率连续变化的锯齿波及手动改变电压等模式 可调节输出电压信号的上升斜率 可调节输出电压信号的下降斜率 点击 运行 输出之前选择的波形 92 正向感应电动势大小恒定 t1 t3 t4 t2 实时测量感应电动势 反向感应电动势大小恒定 电动势为0 磁感不变 磁感强度均匀增加 磁感强度均匀减小 B t图 E t图 改变磁感强度的变化率K 感应电动势E将会如何 前后两段时间的B变化大小相同 t越小 产生的E越大 图线充分说明 感应电动势的大小与磁感应强度的变化快慢有关 93 磁感强度变化率K 感应电动势E K1 K2 K3 E3 E2 E1 K4 E5 E4 K5 磁感强度变化率K越大 感应电动势E也越大 K1 K2 K3 K4 K5 E1 E2 E3 E4 E5 实验3 研究E和的关系 94 电动势E 实验显示 感应电动势与磁感应强度的变化率成正比 研究E和的关系 95 F I 宽边 窄边 11 安培力 S 力传感器 电流传感器 多次改变电流I 测量对应的F 96 磁场对线圈宽边的作用 F I 磁场 97 磁场对线圈窄边的作用 98 12 向心力的研究 99 力传感器测量向心力 光电门测量旋转速度 砝码 100 重视实验前仪器的调整 摇臂 砝码 旋转螺栓 101 原理示意图 砝码 向心力 自重引起误差 摇臂 支撑点 连接杆 受力时 摇臂处于横平竖直状态 可调旋转螺栓 连接杆 102 示意图 每挡光一次 记录一个数据点 课桌 界面 103 力传感器观察窗口 手工输入半径和质量 104 开始记录 输入旋转半径和砝码的质量 转动实验器的旋臂 随着旋臂转速逐渐减慢 坐标系中将显示砝码的角速度与向心力的数据点 105 三种拟合 分别点击 一次拟合 二次拟合 和 三次拟合 得出三条拟合图线 观察可见 二次拟合图线与数据点的分布非常接近 可推断F 之间是二次方的函数关系 106 点击数据点 点击某个数据点 可显示该点的坐标值 以便精确分析 107 研究m不变时 F与 的关系 保持砝码的质量m不变 分别改变旋转半径r 重复实验 得到三条图