传感器与数字化实验

1、物理与电子工程学院物理与电子工程学院物理实验教学示范中心物理实验教学示范中心目录目录 背景背景 基本要求基本要求 什么是什么是DISDIS实验（数字化实验）？实验（数字化实验）？ 传感器介绍传感器介绍 DISDIS实验的特点实验的特点 DISDIS实验举例实验举例 本次实验内容本次实验内容 实验报告要求实验报告要求背景背景 在在 2003 年，国家教育部颁发的年，国家教育部颁发的普通高中物理课程标准普通高中物理课程标准中就明确提出：中就明确提出：“信息技术要进入物理实验室信息技术要进入物理实验室”，“重视将信重视将信息技术应用到物理实验室，加快中学物理实验软件的开发和应息技术应用到物理实验室，

2、加快中学物理实验软件的开发和应用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果用，诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等等”。 根据上述课程标准，人民教育出版社编制的高中物理教材根据上述课程标准，人民教育出版社编制的高中物理教材，利用，利用“做一做做一做”栏目，在多个章节介绍了利用栏目，在多个章节介绍了利用数字化信息系数字化信息系统统进行实验探究的相关内容。其他版本的教材也对数字化实验进行实验探究的相关内容。其他版本的教材也对数字化实验做了相当的介绍。随着新课程的全面实施，沿海发达地区和中做了相当的介绍。随着新课程的全面实施，沿海发达地区和中西部部分地区已经配备了数字化实验

3、室。西部部分地区已经配备了数字化实验室。 西南地区部分中学也西南地区部分中学也已建成该类实验室。目前的问题（我了解的）：不断新建；设已建成该类实验室。目前的问题（我了解的）：不断新建；设备闲置；缺乏师资。备闲置；缺乏师资。背景背景 由于数字化实验与传统实验相比具有明显由于数字化实验与传统实验相比具有明显的特色和优势，其对中学物理教学的促进作用的特色和优势，其对中学物理教学的促进作用越来越明显。作为未来的准教师和新课程的执越来越明显。作为未来的准教师和新课程的执行者，我们有必要了解和认识数字化实验。希行者，我们有必要了解和认识数字化实验。希望大家在今后的教学工作中，对数字化实验进望大家在今后的教

4、学工作中，对数字化实验进行深入探讨，将其引入到教学实践中，改善教行深入探讨，将其引入到教学实践中，改善教学效果。学效果。 基本要求基本要求 本次实验后，同学们在实验技能方面要求：本次实验后，同学们在实验技能方面要求： 了解了解DIS实验系统的基本构成，实验系统的基本构成，DIS实验系统的工作实验系统的工作 原理；原理； 2. 了解了解DIS实验系统所提供的传感器种类，实验系统所提供的传感器种类，DIS能完能完成成 哪些中学物理实验；哪些中学物理实验；3. 能够根据需要正确组装相应的实验设备，能将传感能够根据需要正确组装相应的实验设备，能将传感 器、数据采集器和计算机进行正确连接；器、数据采集器

5、和计算机进行正确连接；4. 熟悉专用软件的各项功能的应用，能使用专用软件熟悉专用软件的各项功能的应用，能使用专用软件 对实验数据进行采集、分析和处理，熟悉通用软件对实验数据进行采集、分析和处理，熟悉通用软件 的基本功能和操作；的基本功能和操作；5. 能利用能利用DIS实验系统完成一至二个中学物理实验，依实验系统完成一至二个中学物理实验，依 据实验过程和结果分析据实验过程和结果分析DIS实验的优势和不足。实验的优势和不足。基本要求基本要求 本次实验后，同学们在实验教学方面要求：本次实验后，同学们在实验教学方面要求： 明确明确DIS作为一种新的实验教学载体，在中学物理作为一种新的实验教学载体，在中

6、学物理实实 验教学中的作用；验教学中的作用； 2. 通过经历完整的通过经历完整的DIS实验过程找到学生在实验过程实验过程找到学生在实验过程中中 容易遇到的在操作和理解上的相关问题，并尝试容易遇到的在操作和理解上的相关问题，并尝试找找 出解决方案；出解决方案；3. 结合自身操作体验和相关资料，分析结合自身操作体验和相关资料，分析DIS实验与传统实验与传统 实验相比其特点和优势，针对中学实际教学情况，实验相比其特点和优势，针对中学实际教学情况， 归纳出能体现其优势的实验项目清单；归纳出能体现其优势的实验项目清单；4. 能借助能借助DIS这一实验平台，适时指导中学生进行自主这一实验平台，适时指导中学

7、生进行自主 设计、完成探究性实验。能借助设计、完成探究性实验。能借助DIS这一平台开发新这一平台开发新 的实验项目、自制教学仪器；的实验项目、自制教学仪器；5. 能利用学生进行能利用学生进行DIS实验这一契机，适时介绍现代信实验这一契机，适时介绍现代信 息技术对人类生活带来的影响，有效地进行息技术对人类生活带来的影响，有效地进行STS教教 育。育。什么是数字化实验什么是数字化实验 数字化信息系统，简称数字化信息系统，简称“DIS (Digital Information System)”，是一种基于传感技术和计算机技术的自然科学实验，是一种基于传感技术和计算机技术的自然科学实验研究平台。该系统

8、主要由传感器（及其适配连接装置）、计算研究平台。该系统主要由传感器（及其适配连接装置）、计算机、数据采集器和实验分析软件组成，集物理测量、自动控制机、数据采集器和实验分析软件组成，集物理测量、自动控制、数据记录、智能化数据分析和测量结果多模显示于一体。使、数据记录、智能化数据分析和测量结果多模显示于一体。使用时，由各类传感器探测科学探究实验数据信息，并实时传输用时，由各类传感器探测科学探究实验数据信息，并实时传输到数据采集器，数据采集器将有关信息转化为数字形式传输到到数据采集器，数据采集器将有关信息转化为数字形式传输到计算机，自动或手动由电脑运行实验软件包，完成对实验过程计算机，自动或手动由电

9、脑运行实验软件包，完成对实验过程和结果的实时显示、监控、记录、图像绘制、数据处理与分析和结果的实时显示、监控、记录、图像绘制、数据处理与分析。 数字化信息系统数字化信息系统采采 集集 器器 计算机和软件计算机和软件 DIS 各各 种种 传传 感感 器器 Digital Information System数字化信息系统数字化信息系统 本实验所使用的数字化实验设备为上海中小学数本实验所使用的数字化实验设备为上海中小学数字化实验系统研发中心与山东远大网络多媒体公司联字化实验系统研发中心与山东远大网络多媒体公司联合开发朗威合开发朗威R-DISLab (数字化信息系统实验室数字化信息系统实验室)，其整

10、，其整体组成如下图：体组成如下图： 将传感器和计算机引入实验教学将传感器和计算机引入实验教学传统实验传统实验 数字化实验数字化实验 数字化信息系统数字化信息系统 数字化信息系统数字化信息系统传感器传感器 传感器是数字化实验的核心部件。传感器是数字化实验的核心部件。“感感”将物将物理量转化成电信号；理量转化成电信号；“传传”将电信号传递到数据将电信号传递到数据采集器装置和计算机平台。教学中常用的传感器采集器装置和计算机平台。教学中常用的传感器包括力传感器、位移传感器、热传感器、电流电包括力传感器、位移传感器、热传感器、电流电压传感器、光传感器、声传感器等等，每组传感压传感器、光传感器、声传感器等

11、等，每组传感器的侧面都配有一个数据线接口，方便与采集器器的侧面都配有一个数据线接口，方便与采集器连接。连接。传感器传感器狭义地定义：狭义地定义：能够将外界的非能够将外界的非电电信号，按一定规律信号，按一定规律转换成转换成电电信号输出的器件或装置。信号输出的器件或装置。温度变化温度变化 电阻值变化电阻值变化 热敏电阻热敏电阻触摸屏是怎么感知的？触摸屏是怎么感知的？使用者翻动手机选择使用者翻动手机选择“响铃响铃”或或“震铃震铃”；摇晃手机变换不同的铃声和摇晃手机变换不同的铃声和游戏；游戏；音乐和壁纸随着人们的动作音乐和壁纸随着人们的动作而变化。而变化。摇晃你的手机摇晃你的手机 传感器传感器身边的传

12、感器身边的传感器CCD热敏电阻热敏电阻传声器传声器温控器温控器力传感器力传感器温度开关温度开关实验室的实验室的传感器传感器DISDIS使用的传感器使用的传感器 物理传感器物理传感器温度计温度计温度传感器温度传感器弹簧秤弹簧秤力传感器力传感器微小压强计微小压强计压强传感器压强传感器秒秒 表表光电门传感器光电门传感器生物、化学传感器生物、化学传感器 微电流传感器微电流传感器 用于针对各种微安用于针对各种微安级电流的定性观察实验。级电流的定性观察实验。使用时将其串联在电路使用时将其串联在电路中，如果显示电流为正中，如果显示电流为正值，表明电流方向由红值，表明电流方向由红线入传感器，有黑线出；线入传感

13、器，有黑线出；反之，表明电流方向相反之，表明电流方向相反。反。注意：注意：注意不要将微电注意不要将微电流传感器接入有源电路，流传感器接入有源电路，否则易因超量程造成传否则易因超量程造成传感器损坏。感器损坏。力传感器力传感器 力传感器的敏感器件为压力应力传感器的敏感器件为压力应变计。其外观设计严格按照人机工变计。其外观设计严格按照人机工程学的原则，采用独创的手柄构造，程学的原则，采用独创的手柄构造，轻松持握，便于使用，并能够与铁轻松持握，便于使用，并能够与铁架台、力矩盘等教具紧密配合使用，架台、力矩盘等教具紧密配合使用，可测量拉力、压力。压力为正，拉可测量拉力、压力。压力为正，拉力为负。力为负。

14、注意：注意：使用前应对传感器进行软件使用前应对传感器进行软件调零。请注意软件的超量程报警提调零。请注意软件的超量程报警提示，切勿超量程使用。实验结束后示，切勿超量程使用。实验结束后务必除去砝码等重物，避免传感器务必除去砝码等重物，避免传感器长时间处于受力状态。长时间处于受力状态。光电门传感器光电门传感器 光电门传感器光电门传感器使用高精度高敏器件使用高精度高敏器件构成连续的光路，在已知运动物体长度的构成连续的光路，在已知运动物体长度的条件下，记录该物体遮挡光路的时间，即条件下，记录该物体遮挡光路的时间，即可得出物体的运动速度。也可测量单摆的可得出物体的运动速度。也可测量单摆的周期或记录挡光次数

15、，是运动学实验中的周期或记录挡光次数，是运动学实验中的常用工具。与光电门配套的挡光片有常用工具。与光电门配套的挡光片有“I”型型和和“U”型两种，专业软件中默认使用型两种，专业软件中默认使用“I”型，而通用软件则提供了型，而通用软件则提供了“I”型、型、“U”型、型、单摆和计数的选择窗口。如果同时使用多单摆和计数的选择窗口。如果同时使用多个光电门传感器，不但能测出挡光片通过个光电门传感器，不但能测出挡光片通过每个光电门的时间，还可以得到挡光片在每个光电门的时间，还可以得到挡光片在两个光电门之间的运行时间。两个光电门之间的运行时间。注意：注意：实验前，应使运动物体反复通过光实验前，应使运动物体反

16、复通过光电门几次，以保证其平稳运动并能够有效电门几次，以保证其平稳运动并能够有效挡光挡光。数字化信息系统怎样工作？数字化信息系统怎样工作？F 数据采集器数据采集器 朗威朗威R-dislab数据采集器与计算数据采集器与计算机以机以USB方式通信，采用四路并行输方式通信，采用四路并行输入，可以同时接插四种传感器。传感入，可以同时接插四种传感器。传感器接入口和计算机器接入口和计算机USB接入口如图所接入口如图所示。采集器连入计算机示。采集器连入计算机USB接口后，接口后，即可通过计算机给采集器供电，因此即可通过计算机给采集器供电，因此无需外接电源。透过透明机壳，可见无需外接电源。透过透明机壳，可见红

17、色的工作指示灯发亮，蓝色的指示红色的工作指示灯发亮，蓝色的指示灯出现闪烁，表明采集器已经正常工灯出现闪烁，表明采集器已经正常工作，可随时接入传感器进行实验作，可随时接入传感器进行实验.数据采集器数据采集器采集器有采集器有4个通道，可以个通道，可以同步采集和显示数据。同步采集和显示数据。在实验设计中，可充分在实验设计中，可充分利用这一特点，在一个界利用这一特点，在一个界面内，多角度同时检测和面内，多角度同时检测和显示这些信息。显示这些信息。多数据并行测量多数据并行测量 软件系统软件系统 计算机软件系统包括计算机软件系统包括通用软件通用软件和和专用软件专用软件。专用软件专用软件是根据教材提供是根据

18、教材提供的实验，从原理到操作，已经全部设的实验，从原理到操作，已经全部设置好，学生只要改变初始的实验条件置好，学生只要改变初始的实验条件与实验数据，马上就可以得出实验结与实验数据，马上就可以得出实验结果，方便快捷；果，方便快捷；通用软件通用软件是严格按照是严格按照教学要求并参照主流工具软件模式开教学要求并参照主流工具软件模式开发的智能化实验数据采集处理平台，发的智能化实验数据采集处理平台，具备即插即用、自动识别（传感器）、具备即插即用、自动识别（传感器）、多模显示、并行采集、组合显示、自多模显示、并行采集、组合显示、自由坐标、数据计算、图线分析（拟合、由坐标、数据计算、图线分析（拟合、求导、几

19、分等）等强大功能，全面支求导、几分等）等强大功能，全面支持学生自主研究和研究性学习。对于持学生自主研究和研究性学习。对于通用软件各项功能的使用请参阅用户通用软件各项功能的使用请参阅用户手册相关内容。手册相关内容。 计算机软件计算机软件 教学专用软件教学专用软件 根据教材要求和教根据教材要求和教学过程，针对每个实验学过程，针对每个实验专门设计、量身定制。专门设计、量身定制。教学通用软件教学通用软件数字数字 图线图线 表格表格 指针指针 根据用户不同需求，提供多种功能根据用户不同需求，提供多种功能。用计算机处理数据用计算机处理数据传统实验装置传统实验装置 用传感器采集数据用传感器采集数据DIS实验

20、实验 使用使用数字化信息系统的数字化信息系统的 DIS 实验实验 DIS实验不是新的实验项目，只是在传统实验实验不是新的实验项目，只是在传统实验基础上，用传感器采集数据，用计算机处理数据。基础上，用传感器采集数据，用计算机处理数据。DIS实验系统的功能及其特点实验系统的功能及其特点 数字化信息系统是将传感器、计算数字化信息系统是将传感器、计算机与传统的实验仪器结合，是传统实验机与传统的实验仪器结合，是传统实验方法的发展和数据处理的科学化，呈现方法的发展和数据处理的科学化，呈现的是真实的实验，数据处理上更严谨，的是真实的实验，数据处理上更严谨，规范。规范。 DIS 以其丰富的传感器，准确、快以其

21、丰富的传感器，准确、快速的测量，以及多功能的软件支撑，为速的测量，以及多功能的软件支撑，为学生提供了一个科学探索的技术平台。学生提供了一个科学探索的技术平台。DIS 实验的特点实验的特点（1）能够在很短的时间内采集和处理大量的实验数）能够在很短的时间内采集和处理大量的实验数据，不仅显著提高了实验效率，而且使实验结果据，不仅显著提高了实验效率，而且使实验结果准确度和精确度得到大幅度提升。准确度和精确度得到大幅度提升。（2）能够检测信号量的微小变化和瞬间变化，使实）能够检测信号量的微小变化和瞬间变化，使实验的研究范围大大扩展并能实时显示、存储、传验的研究范围大大扩展并能实时显示、存储、传输、统计、

22、拟合、分析实验数据。输、统计、拟合、分析实验数据。（3）能够满足全国合地方各种版本的中学及其他类）能够满足全国合地方各种版本的中学及其他类型学校理科新教材要求，不仅有效实现了信息技型学校理科新教材要求，不仅有效实现了信息技术与学科实验的完美整合，而且方便开展综合理术与学科实验的完美整合，而且方便开展综合理科探究实验，实现学科之间的交叉与融合。科探究实验，实现学科之间的交叉与融合。（4）能够提供固定性和开放性相结合的软、硬件实）能够提供固定性和开放性相结合的软、硬件实验平台，方便小组合作或个体独立进行探究活动，验平台，方便小组合作或个体独立进行探究活动，有利于培养学生获取信息、加工信息、运用信息

23、有利于培养学生获取信息、加工信息、运用信息的综合能力以及研究、创新的能力。的综合能力以及研究、创新的能力。DIS 实验的特点实验的特点（1）能够在很短的时间内采集和处理大量的实验数）能够在很短的时间内采集和处理大量的实验数据，不仅显著提高了实验效率，而且使实验结果据，不仅显著提高了实验效率，而且使实验结果准确度和精确度得到大幅度提升。准确度和精确度得到大幅度提升。（2）能够检测信号量的微小变化和瞬间变化，使实）能够检测信号量的微小变化和瞬间变化，使实验的研究范围大大扩展并能实时显示、存储、传验的研究范围大大扩展并能实时显示、存储、传输、统计、拟合、分析实验数据。输、统计、拟合、分析实验数据。（

24、3）能够满足全国合地方各种版本的中学及其他类）能够满足全国合地方各种版本的中学及其他类型学校理科新教材要求，不仅有效实现了信息技型学校理科新教材要求，不仅有效实现了信息技术与学科实验的完美整合，而且方便开展综合理术与学科实验的完美整合，而且方便开展综合理科探究实验，实现学科之间的交叉与融合。科探究实验，实现学科之间的交叉与融合。（4）能够提供固定性和开放性相结合的软、硬件实）能够提供固定性和开放性相结合的软、硬件实验平台，方便小组合作或个体独立进行探究活动，验平台，方便小组合作或个体独立进行探究活动，有利于培养学生获取信息、加工信息、运用信息有利于培养学生获取信息、加工信息、运用信息的综合能力

25、以及研究、创新的能力。的综合能力以及研究、创新的能力。力的相互作用（专用软件）力的相互作用（专用软件）实验目的：实验目的：1.熟悉熟悉DIS各个部分的结构，学会各个部件的正确连接各个部分的结构，学会各个部件的正确连接2.熟悉专用软件和通用软件的操作界面，能准确使用各项功能。熟悉专用软件和通用软件的操作界面，能准确使用各项功能。 清楚专用软件和通用软件各自特点。清楚专用软件和通用软件各自特点。3.进一步理解牛顿第三定律的内容，初步体验进一步理解牛顿第三定律的内容，初步体验DIS与传统实验的区别，与传统实验的区别， 了解该实验的不足和优势。了解该实验的不足和优势。实验器材：实验器材：郎威郎威DIS

26、Lab数据采集器、力传感器、计算机数据采集器、力传感器、计算机实验装置：见图实验装置：见图1实验操作：实验操作：将一对力传感器分别接到数据采集器一、二通道将一对力传感器分别接到数据采集器一、二通道.点击教材专用软件主界面上的实验条目点击教材专用软件主界面上的实验条目“力的相互作用力的相互作用”，打开软件，打开软件.3.点击点击“开始记录开始记录”，两手各握住一支力传感器，让传感器的测钩，两手各握住一支力传感器，让传感器的测钩 相互钩住，保持两传感相互钩住，保持两传感器测钩轴心在同一直线上，对传感器进器测钩轴心在同一直线上，对传感器进 行软件调零。行软件调零。4.两手轻拉传感器，得出如图两手轻拉

27、传感器，得出如图2所示的实验图线，可见两个力传感所示的实验图线，可见两个力传感 器测量的力方向相反，以时间轴为中心上下对称。器测量的力方向相反，以时间轴为中心上下对称。5.点击点击”停止记录停止记录”，拖动滚动条，观察记录的实验图线。，拖动滚动条，观察记录的实验图线。6.按住鼠标左键，可通过软件左下方小窗口显示任意时刻的两个按住鼠标左键，可通过软件左下方小窗口显示任意时刻的两个 力传感器读数。力传感器读数。7.比较实验过程中，同一时刻两个力的传感器的读数，可见两个比较实验过程中，同一时刻两个力的传感器的读数，可见两个 力传感器读数基本相同。力传感器读数基本相同。8.点击点击“镜像镜像”，其中一

28、个力将以，其中一个力将以X轴为对称轴显示，可观察两个轴为对称轴显示，可观察两个 力图线的重合程度。力图线的重合程度。9.使用传感器测钩可进行对压或敲击实验，观察实验曲线。使用传感器测钩可进行对压或敲击实验，观察实验曲线。力的相互作用力的相互作用力的相互作用（通用软件）力的相互作用（通用软件）实验目的：实验目的： 熟悉通用软件的基本使用熟悉通用软件的基本使用 验证牛顿第三定律验证牛顿第三定律实验器材：实验器材：郎威郎威DISLab数据采集器、力传感器、计算机数据采集器、力传感器、计算机实验操作：实验操作：将两只力传感器接入数据采集器，连接数据采集器和计算机将两只力传感器接入数据采集器，连接数据采

29、集器和计算机.1. 2. 启动启动“组合图线组合图线”功能，点击功能，点击“增加增加”，增加图线，增加图线“时间时间-力力1”与与“时间时间-力力2”.力的相互作用（通用软件）力的相互作用（通用软件）3. 两手各持一只力传感器，让两传感器的测钩相互钩住，两手 用力拉或压，得两条“力-时间”组合显示图。观察发现两条图 线基本重合，表示两力大小相等。4. 选中其中一条图线，点击“设置”，设为“镜像显示”，对两个力 加以区别。5. 返回实验界面，继续实验，可见两条图线以X轴呈上下对称， 说明两力方向相反。6. 点击“停止”，将“采样频率”设置为“500”。让两只力传感器的测钩 正对，相互敲击，获得另

30、外两条以X轴呈上下对称的图线.7. 结合实验结果，总结牛顿第三定律在实验中的体现。力的相互作用（通用软件）力的相互作用（通用软件）8.建议：(1)实验中应保持两传感器的手柄平行，注意测钩的角度， 以免产生扭力；(2)改变实验次序，尝试另一种教学思路：先观察镜像图 像得出两个力方向相反；再取消镜像模式，借助两图 线重合的现象，验证两粒大小相等；(3)尝试引导学生画出上下不对称的图线，对应此时的操 作手法分析不对称的原因，加深对正确操作方法的理 解和认识。变力的动量定理（专用软件）变力的动量定理（专用软件） 实验目的：实验目的： 通过实验验证动量定理的内容，通过实验验证动量定理的内容， 进一步理解

31、进一步理解“合外力的冲量等于动量变化合外力的冲量等于动量变化” 实验器材：实验器材： 朗威朗威DIS数据采集器、力传感器、光电门传感器、轨道、小车、数据采集器、力传感器、光电门传感器、轨道、小车、 挡光片、计算机挡光片、计算机实验装置：实验装置：实验操作：实验操作： 在小车上安装在小车上安装”I”型挡光片（宽度为型挡光片（宽度为0.020m）并在其前端安装）并在其前端安装 弹簧圈，用天平称出小车的总质量。弹簧圈，用天平称出小车的总质量。2. 将光电门传感器和力传感器分别接入数据采集器的第一、二将光电门传感器和力传感器分别接入数据采集器的第一、二 通道，将光电门传感器用支架固定在轨道的一侧。通道

32、，将光电门传感器用支架固定在轨道的一侧。3. 将力传感器通过力学轨道上的固定柱固定在轨道上，调整其高将力传感器通过力学轨道上的固定柱固定在轨道上，调整其高 度是测钩与弹簧圈的触碰点刚好位于测钩中心线上度是测钩与弹簧圈的触碰点刚好位于测钩中心线上4. 点击教材专用软件主界面上的实验条目点击教材专用软件主界面上的实验条目“动量定理（变力）动量定理（变力）”， 打开该软件打开该软件变力的动量定理（专用软件）变力的动量定理（专用软件） 实验操作：实验操作：5 . 在界面想的位置输入小车的质量和挡光片的宽度，点击在界面想的位置输入小车的质量和挡光片的宽度，点击“开始开始 记录记录”，推动小车通过光电门传

33、感器后与力传感器的测钩相碰，推动小车通过光电门传感器后与力传感器的测钩相碰， 经反弹后又通过光电门传感器，系统自动计算出碰撞前后的动经反弹后又通过光电门传感器，系统自动计算出碰撞前后的动 量并显示受力过程图线量并显示受力过程图线6. 点击点击“选择区域选择区域”，选择小车与力传感器碰撞过程中的，选择小车与力传感器碰撞过程中的F-t图线，图线， 即可得到相应的面积值即可得到相应的面积值7. 比较动量变化与面积值比较动量变化与面积值(冲量冲量)之间的大小，总结变力冲量与动量之间的大小，总结变力冲量与动量变化的关系变化的关系变力的动量定理（专用软件）变力的动量定理（专用软件） 拉力拉力 DIS是实时

34、实验是实时实验推力推力 撞击撞击 DIS的动态测量的动态测量与物理现象一一对与物理现象一一对应。这是传统实验应。这是传统实验无法比拟的。无法比拟的。力的相互作用力的相互作用 DIS可以可以记录记录连续、完整的连续、完整的数据数据 拖拉回放拖拉回放同时记录同时记录多项数据的多项数据的大小和方向大小和方向F1F2DIS 利用计算机处理数据利用计算机处理数据 动量定理动量定理 利用计算机对物利用计算机对物体的瞬间碰撞进行体的瞬间碰撞进行定量分析定量分析专用软件专用软件直接给出直接给出积分图线和相关数据积分图线和相关数据 微波炉微波炉工作时的电磁波工作时的电磁波问：这些是微波吗？问：这些是微波吗？ 手

35、机发射与接收手机发射与接收CDMA手机手机GSM手机手机静音接收静音接收 0.62A DIS 填补传统实验的空白填补传统实验的空白做以前想做而做不了的实验做以前想做而做不了的实验 DIS使传统实验方法难以使传统实验方法难以测量或无法测量的物理量得测量或无法测量的物理量得以方便、精确的测量。以方便、精确的测量。通电螺线管内部通电螺线管内部磁感应强度是否均匀？磁感应强度是否均匀？传统实验中由于缺乏传统实验中由于缺乏相关仪器而无法测量相关仪器而无法测量 自制真空铃自制真空铃声音的测量声音的测量采用声传感器采用声传感器传统实验中缺乏测量声音的仪器传统实验中缺乏测量声音的仪器DIS 提供新的实验方法提供

36、新的实验方法有很多实验，已经配备了有很多实验，已经配备了传统实验器材，传统实验器材，DIS的加入的加入更增添了实验手段，丰富了更增添了实验手段，丰富了实验内容。实验内容。力的分解力的分解用于测量力的用于测量力的 传感器传感器 力的分解力的分解上海市延安中学上海市延安中学“迎刃而解迎刃而解” 重物重物 三角支架三角支架 摩擦力的研究摩擦力的研究为一期课改设计的摩擦力演示器为一期课改设计的摩擦力演示器用手匀速拖动用手匀速拖动 用传感器用传感器研究摩擦力研究摩擦力 电机匀速拖动电机匀速拖动 监测实验全过程，显示静摩擦力和滑动摩擦力的区别。监测实验全过程，显示静摩擦力和滑动摩擦力的区别。 最大静摩擦力

37、：最大静摩擦力：4N 静摩擦力静摩擦力 滑动摩擦力滑动摩擦力 不同的正压力，摩擦力也不同。不同的正压力，摩擦力也不同。 摩擦力与正压力的关系图线摩擦力与正压力的关系图线 测定电源电动势和内阻测定电源电动势和内阻r = 1.47 = 2.79V安培力的测量安培力的测量 FFI宽边宽边 窄边窄边 力传感器力传感器 改变电流大小改变电流大小 改变导线长度改变导线长度交交 流流 电电 利用地球磁场利用地球磁场 微电流传感器微电流传感器 温度传感器温度传感器记录实验过程记录实验过程 晶体的熔化和凝固晶体的熔化和凝固专用软件专用软件 通用软件通用软件 比热容实验比热容实验煤油煤油水水热热 传传 导导铝铝

38、铜铜 铁铁 铝铝 铜铜 铁铁 哪种材料热传导最快？哪种材料热传导最快？黄黄 DIS 提供探索研究的平台提供探索研究的平台DIS应用于应用于实验教学，使实验教学，使数据处理时间数据处理时间大为缩短，为大为缩短，为师生节约了大师生节约了大量时间用于探量时间用于探索研究。索研究。物体动能大小和哪些因素有关？物体动能大小和哪些因素有关？控制变量法：控制变量法：1、保持质量不变，改变速度；、保持质量不变，改变速度；2、保持速度不变保持速度不变，改变质量；，改变质量； 利用橡皮筋的利用橡皮筋的弹力控制速度弹力控制速度用手控制速度用手控制速度 利用弹射装利用弹射装置控制速度置控制速度更换轨道更换轨道 ？探索

39、新的实验方式探索新的实验方式充分利用计算机软件的功能。充分利用计算机软件的功能。让学生猜想让学生猜想“位移、质量、速位移、质量、速度度”三者之间的函数关系，在三者之间的函数关系，在探索中得出正确的结论。探索中得出正确的结论。 实验探究实验探究物体动能的大小物体动能的大小横座标参数不固定，横座标参数不固定，需要学生进行选择。需要学生进行选择。采集数据后，鼓励学生采集数据后，鼓励学生大胆猜想，探究物理量之大胆猜想，探究物理量之间的关系。间的关系。 坐标系中，横坐标不是单一的物理量，坐标系中，横坐标不是单一的物理量，而是由公式计算得出的而是由公式计算得出的m和和v的复合量。的复合量。 实验界面实验界

40、面 选择位移、质量选择位移、质量和速度之间的正比和速度之间的正比函数关系函数关系 ，作为，作为横坐标的物理量。横坐标的物理量。窗口中包含的选项窗口中包含的选项 数据采集后，选择函数关系数据采集后，选择函数关系 点击点击“选择选择 s与与m、v的的关系关系”窗口，下拉菜单中窗口，下拉菜单中包含包含s与与m、v的多个函数关系，从中选择关系式。的多个函数关系，从中选择关系式。 分析：分析： s m + + v、s (m2 2 + + v2 2) )、s (m + + v) )2 2 等等由于违背了由于违背了“不同的物理量不能相加减不同的物理量不能相加减”这一基这一基本原则，首先予以舍弃。本原则，首先

41、予以舍弃。 对其余的函数关系进行计算机验证。对其余的函数关系进行计算机验证。 比较上述分布图，只有选择比较上述分布图，只有选择“m v 2”时，数据点时，数据点的分布呈线性特征，由此可推断：的分布呈线性特征，由此可推断：s m v 2。 猜想猜想1：选择选择 s m 3v 3 选择不同关系式，选择不同关系式，数据点的分布也不同数据点的分布也不同具有正比关系的图线，其数据点具有正比关系的图线，其数据点应呈线性分布，且直线过原点。应呈线性分布，且直线过原点。猜想猜想2：选择选择 sm v 猜想猜想3：选择选择 sm v 2 由控制变量法转变为由控制变量法转变为“猜想猜想法法”，这不仅是教具的改进，

42、这不仅是教具的改进，更重要的是学习方式的变化。更重要的是学习方式的变化。 充分发挥计算机的数据处理充分发挥计算机的数据处理功能，实现探索性实验，这功能，实现探索性实验，这是传统实验无法实现的。是传统实验无法实现的。探究：探究：测定瞬时速度测定瞬时速度 挡光片挡光片光电门光电门 测定瞬时速度测定瞬时速度挡光片挡光片1 1 挡光片挡光片2 2 挡光片挡光片3 3 片片4 4 发光管发光管光敏管光敏管挡光片前沿对齐，通过光电门挡光片前沿对齐，通过光电门 实实 验验 结结 果果挡光片的宽度挡光片的宽度 s 越窄，越窄，平均速度平均速度 v = 越趋近瞬时速度。越趋近瞬时速度。 st挡光片1 挡光片2

43、挡光片3 挡光片1 挡光片2 挡光片3 片4 片4 想一想想一想实验结果实验结果 学生：学生：“挡光片倒置将会如何？挡光片倒置将会如何？”挡光片后沿对齐，通过光电门挡光片后沿对齐，通过光电门 实实 验验 结结 果果数值越来越大数值越来越大 “为什么为什么挡光片插在挡光片插在小车头部数值越来越小，插小车头部数值越来越小，插在尾部越来越大呢？在尾部越来越大呢？”小灯泡的伏安特性曲线小灯泡的伏安特性曲线专用软件测专用软件测 UI 曲线曲线非线性图线非线性图线通用软件测通用软件测 UI 曲线曲线UIR0.400.182.221.200.343.531.600.384.212.400.445.453.2

44、00.506.404.000.557.274.800.608.00电阻值随电压升高而增大电阻值随电压升高而增大 UI学生的好奇与探索学生的好奇与探索图线急剧弯曲处，图线急剧弯曲处，灯泡处于什么状态？灯泡处于什么状态？ 不发光状态？不发光状态？即将发光状态？即将发光状态？完全发光状态？完全发光状态？I 观察：观察：图线明显弯曲的部图线明显弯曲的部分，位于分，位于0.180.25A附近。附近。发现：发现：小灯处于即将小灯处于即将点亮的状态。点亮的状态。 探索：探索：改变小灯泡的电流，改变小灯泡的电流，注意电流窗口，当电流注意电流窗口，当电流处于处于0.180.25A范围时，范围时，不发光不发光即将发光即将发光完全发光完全发光学生的探索学生的探索利用电压、电流传感器探究问题利用电压、电流传感器探究问题 照明灯频繁开关，为何容易坏？照明灯频繁开关，为何容易坏？ 或者：或者：“长明灯长明灯”省钱，还是省钱，还是“随手关灯随手关灯”省钱？省钱？能否用实验来验证？能否用实验来验证？电压电压 小灯小灯缓慢缓慢点亮点