DIS物理实验演示与操作

DIS实验演示与操作,上海市中小学数字化实验系统研发中心山东省远大网络多媒体股份有限公司,宋庆一,1、运动物体的位移、速度、加速度2、牛顿第三定律；超重与失重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、利用微电流传感器探究电磁感应现象8、玻意尔定律9、摩擦生热；压缩气体做功使温度升高10、法拉第电磁感应定律11、机械能守恒定律12、向心力研究,实验列表,2、数据采集器,采集器有4个通道，可以同步采集、处理和显示数据。,多数据并行测量,数据采集器可通过接插有线或无线模块改变与传感器的通讯方式，可实现四路无线采集,接入传感器,使用无线连接时，无线发射模块蓝灯常亮表示电源接通，闪烁表示通讯正常。每只无线接收只能与其配对的四只无线发射模块通讯。,数据采集器的连接,软件的安装,将朗威DISLab软件光盘放入计算机光驱，计算机将自动运行光盘，首先弹出欢迎界面，选择完安装路径后，安装程序将启动。安装完毕后将在桌面自动生成快捷方式的图标。,数据采集器驱动程序安装,如果计算机的USB口首次接入数据采集器，会自动安装采集器的驱动程序,驱动程序安装完毕后，数据采集器红色的工作指示灯发亮，蓝色的指示灯出现闪烁，表示采集器已正常工作，可随时接入传感器接进行实验。,1、测定位移、速度和加速度,车轮置于导槽内,铜螺母置于导向槽内,力学轨道系统可应用于牛顿第二定律、运动物体的位移与速度、变力作用下的动量定理、阻尼振动、瞬时速度测定、受迫振动等,研究变速直线运动的st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,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,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）。,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,点击进入组合图线窗口,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,2、牛顿第三定律,两手各握一只力传感器，保持两传感器处于同一平面，以不同的力轻拉传感器。,注意：不要超出20N！,拉力,压力,图线向上延伸表示拉力增大，向下回落表示拉力减少，而越过横坐标向下延伸表示压力增大。,单只传感器的受力图线,比较实验过程中，同一时刻两个力传感器的读数，可见两个力传感器读数基本相同。,力的相互作用,点击实验图线，调出垂直于时间轴的选取线，水平拖动该线，可在窗口中观察到该时刻对应的两个力传感器的读数。,拉力、压力和撞击,拉力,推力,撞击,超重和失重,手持挂有重物的力传感器，沿垂直方向快速运动。,选用质量较大的物体（如8N），可以充分展示图线的特征，但不要超过10N。,实验界面,下降阶段的超重,下降阶段的失重,上升阶段的超重,上升阶段的失重,3、平抛运动,平抛运动实验器,二维平抛运动实验器,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,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,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,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=(XX1)2+(YY1)2L22=(XX2)2+(YY2)2,三角定位算法,二维运动传感器,发射器,接收器,实测图像,对应的实验数据,改变采集频率,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,求加速度,4、小灯泡U-I曲线描绘,使用电流、电压传感器,小灯泡U-I曲线描绘,电路连接,滑动电阻器,电流传感器,电压传感器,灯,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,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。,通用软件测UI曲线,电阻值随电压升高而增大,U,I,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。,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。,寻找形成的原因,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。,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,点击下拉菜单，选择200,拨动开关,6、研究通电螺线管的磁感应强度,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。,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。,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,点击“绘图”，显示螺线管内部磁场强度分布图线。,均匀的磁场,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。,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,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,7、磁通量变化时的感生电流,利用微电流传感器观察地球磁场。转动环形线圈，随着磁通量的变化，指针会大幅偏转。,测量地球磁场,环形线圈平面与地磁线平行时转动线圈，产生的感生电流强度较大。,电视机工作时的电磁波,电视节目信号,调整频道的过程,视频无信号,电视机的电磁波,21英寸电视机背面隔墙信号,计算机工作时不断将各种信息（键盘操作、文字、图像、声音等），通过电磁波向空间散布。从安全的角度，这就是信息的泄漏。只要使用特殊的接收手段，就可以全盘接收这些信息。,计算机泄漏的电磁波,关闭软件,打开软件,登陆网页,敲击键盘,手机发射与接收,CDMA手机,GSM手机,静音接收0.62A,将扬声器当传感器使用,吹气,声响,手机发射,手机接收,连接微电流传感器,用小线圈测电磁波,手机的电磁波（静音、无振动）,微电流传感器,微电流传感器的用途非常广。可以通过适当方式，将需要测量的微弱信号转变为电学量，从而间接地检测各种非电信号。,8、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,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。,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,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,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；,S,实验过程：,电动势E,速度v,磁铁,实验显示：感应电动势与速度成正比,200匝,2、研究：E=Blv,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,改变线圈的匝数重复实验,实验,100匝,300匝,200匝,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,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：,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。,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。,Bt图,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。,智能电源,法拉第电磁感应定律实验器,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,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,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,Bt图,Et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。,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；,K1K2K3K4K5,E1E2E3E4E5,实验3：研究E和的关系,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,9、一定质量气体的压强与体积的关系,实验步骤:置于15毫升处,15毫升,传感器的作用：测量压强的变化,1、手不要接触，以免温度影响。2、缓慢压缩，以免引起温度上升。,软管的容积，加上传感器内部空腔的容积约为1毫升,点击数据表格图标,点击此按键,点击，输入“v”,点击确定,将注射器拉至20ml位置点击“点击记录”,注射器读数为20ml但由于软管体积为1ml所以在此输入21,推动注射器读出气体体积并记录,点击绘图，x轴选择v，y轴选在p1,点击拟合选择“反比拟合”,通过反比拟合验证p和v成反比通过表格数据同样可以完成验证,点击此按键,此处输入K,此处输入p1*v,10、摩擦做功使温度升高,摩擦做功使温度升高,靠近管壁,压缩气体做功,温度传感器,压缩空气，使温度升高,气体压缩，温度升高，引燃乙醚。,温度传感器,压强传感器,注射器,试管,压强,温度,1、将温度传感器探头拔下，换成专为“气体做功内能减少”实验配备的快速温度探头。将注射器活塞拉到30ml刻度左右，把探头另一端接入注射器。2、将温度传感器接入数据采集器。3、点击实验条目“气体做功内能减少”，打开该软件。4、点击“开始记录”，界面上显示当前的温度。5、压缩注射器活塞，注射器内气体被压缩，内能增大温度升高。6、保持气体体积不变，因气体与外界存在热交换，温度缓慢下降。7、快速释放注射器活塞。因气体对活塞做功，活塞被弹出，气体内能减少，温度快速下降。,实验说明,11、向心力的研究,力传感器测量向心力,光电门测量旋转速度,砝码,重视实验前仪器的调整,摇臂,砝码,旋转螺栓,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,示意图,每挡光一次，记录一个数据点。,课桌,界面,力传感器观察窗口,手工输入半径和质量,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。,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。,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。,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，得到三条图线。,研究不变时，F与m的关系,保持砝码的旋转半径不变，改变砝码的质量，重复实验，得到三条图线。,旋转面竖直时测量向心力,两种情况下，向心力是否相同？,光电门的位置,实验器测量的是光电门所在位置的向心力。光电门的位置不同，测得的向心力也不同。,旋转面竖直时测量向心力,两种情况下，向心力是否相同？,连接杆等附件的自重会带来误差。,无线向心力实验器,力传感器,光电门传感器,无线传输,改变倾角,12、用DIS研究机械能守恒定律,用DIS研究机械能守恒定律,小标尺盘,定位挡杆,摆锤释放器,光电门,使用光电门传感器,实验1：同一位置释放的摆锤，当摆线长度不同时，摆锤上升的最大高度,实验方法:将摆锤置于A点并释放，观察它摆到左边最高点时的位置，与A点位置是否相同？,摆锤,实验1：同一位置释放的摆锤，当摆线长度不同时，摆锤上升的最大高度,定位挡杆置于P点，再次释放摆锤，观察摆锤向左摆起的最大高度。依次将定位挡片下移至Q、R等位置，重复上述实验。,定位挡杆,摆锤,实验2：动能与势能转化的规律,将光电门先后置于D、C、B点，分别测量各点的势能和动能。各点的势能和动能可以转化，但总的机械能不变。,实验前的准备,旋紧前后两只螺母，在实验过程中不要让摆锤释放器和光电门发生移动。,拧紧螺母,让摆锤自然下垂，以摆线为基准，调整实验器的放置位置，使标尺盘上的垂直线与摆线平行。,摆线,垂直线,摆锤,调整铁架台,将光电门置于标尺盘的D点，此时光电门的接收孔应当与标尺盘的圆弧边