数字化物理实验演示课件

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

赵恺数字化物理实验演示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数字化物理实验演示1、测定位移、速度和加速度数字化物理实验演示车轮置于导槽内数字化物理实验演示数字化物理实验演示铜螺母置于导向槽内数字化物理实验演示力学轨道系统可应用于运动物体的平均速度测量等实验数字化物理实验演示数字化物理实验演示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数字化物理实验演示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数字化物理实验演示注意：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）。数字化物理实验演示接入传感器后，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

数字化物理实验演示点击进入组合图线窗口数字化物理实验演示数字化物理实验演示数字化物理实验演示点击选择区域按键，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数字化物理实验演示2、牛顿第二定律利用计算机绘制a-F图和a-M图线数字化物理实验演示通过从V-t图求加速度实验平衡摩擦力数字化物理实验演示黄色区域：手工输入F、M白色区域：计算机自动记录加速度值数字化物理实验演示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数字化物理实验演示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数字化物理实验演示改变外力，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组数据数字化物理实验演示改变外力，得到第三组数据第3组数据改变外力数字化物理实验演示改变外力，得到第四组数据第4组数据改变外力数字化物理实验演示改变外力，得到第五组数据第5组数据改变外力数字化物理实验演示改变外力，得到第六组数据第6组数据点击“a－F图像”改变外力数字化物理实验演示拟合图线得到加速度a和外力F图线

理想的实验结果：直线应当通过原点数字化物理实验演示2、研究加速度与质量的关系第1组数据数字化物理实验演示改变质量，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组数据外力不变数字化物理实验演示改变质量，得到第三组数据第3组数据数字化物理实验演示改变质量，得到第四组数据第4组数据数字化物理实验演示改变质量，得到第五组数据第5组数据点击“a－M图像”数字化物理实验演示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。数字化物理实验演示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：直线应当通过原点数字化物理实验演示数字化物理实验演示3、平抛运动平抛运动实验器二维平抛运动实验器数字化物理实验演示压电陶瓷片d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数字化物理实验演示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，完成实验教学数字化物理实验演示发射器

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数字化物理实验演示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）L2L1发射器T（x，y）接收器

YX0L12=(X－X1)2+(Y－Y1)2L22=(X－X2)2+(Y－Y2)2

三角定位算法数字化物理实验演示二维运动传感器发射器

接收器

数字化物理实验演示实测图像对应的实验数据改变采集频率数字化物理实验演示点击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数字化物理实验演示求加速度数字化物理实验演示数字化物理实验演示4、小灯泡U-I曲线描绘数字化物理实验演示使用电流、电压传感器小灯泡U-I曲线描绘数字化物理实验演示电路连接滑动电阻器电流传感器电压传感器灯数字化物理实验演示实验步骤点击“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数字化物理实验演示点击“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。数字化物理实验演示通用软件测U–I曲线UIR0.400.182.221.200.343.531.600.384.212.400.445.453.200.506.404.000.557.274.800.608.00电阻值随电压升高而增大UI数字化物理实验演示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。数字化物理实验演示分别显示电压、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。数字化物理实验演示寻找形成的原因

灯丝电压（电阻增大，电压上升）灯丝电流（电阻增大，电流下降）电压电流

ABCABC（若电阻不变）（若电阻不变）数字化物理实验演示小灯瞬间点亮，对灯丝的冲击

利用三个界面，同时观察物理量的变化过程。数字化物理实验演示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数字化物理实验演示点击下拉菜单，选择200数字化物理实验演示拨动开关数字化物理实验演示6、研究通电螺线管的磁感应强度数字化物理实验演示10ΩU＜6V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10Ω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。

数字化物理实验演示调节电源的正负极，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。数字化物理实验演示传感器的“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数字化物理实验演示点击“绘图”，显示螺线管内部磁场强度分布图线。均匀的磁场数字化物理实验演示不要点击“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。数字化物理实验演示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

数字化物理实验演示实验中的注意事项1、串联10Ω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数字化物理实验演示7、测定电源电动势和内阻使用电压、电流传感器数字化物理实验演示使用专用软件y=-0.60x+3.00内阻电动势数字化物理实验演示使用通用软件内阻:1.47Ω电动势:2.79V数字化物理实验演示小车插入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数字化物理实验演示实验界面修改默认值数字化物理实验演示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Δp＝（p，－

p）

数字化物理实验演示点击“选择区域”碰撞后的图线力传感器测得的F－t图p=mvp，=mv，Δp数字化物理实验演示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＝

Δp

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。数字化物理实验演示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Ⅱ感生感应电动势法拉第电磁感应定律实验器Ⅰ

动生感应电动势数字化物理实验演示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。数字化物理实验演示磁铁线圈挡光片光电门：测量线圈下落的速度电压传感器：测量电动势数字化物理实验演示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E200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=B

l

v数字化物理实验演示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；数字化物理实验演示S实验过程：电动势E速度v磁铁数字化物理实验演示实验显示：感应电动势与速度成正比200匝2、研究：E=B

l

v数字化物理实验演示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。改变线圈的匝数数字化物理实验演示改变线圈的匝数重复实验实验100匝300匝200匝数字化物理实验演示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1：2：3100匝200匝300匝取同一速度E=B

l

v数字化物理实验演示另一种实验方法：改变磁感应强度，产生感应电动势。ΔBΔt

E∝由于磁通量φ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φ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。ΔφΔt

E=研究：研究：数字化物理实验演示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。数字化物理实验演示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

图数字化物理实验演示实时实验

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。数字化物理实验演示智能电源法拉第电磁感应定律实验器Ⅱ数字化物理实验演示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数字化物理实验演示点击“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数字化物理实验演示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。数字化物理实验演示磁感强度变化率

K

感应电动势EK1

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

＜K5E1＜E2＜E3＜

E4

＜

E5实验

3：研究

E

和

的关系ΔBΔt

存在什么关系？E

和ΔBΔt

K=数字化物理实验演示电动势E实验显示：感应电动势与磁感应强度的变化率成正比ΔBΔt

斜率K=研究

E

和

的关系ΔBΔt

ΔBΔt

E∝数字化物理实验演示FI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。数字化物理实验演示磁场对线圈宽边的作用FI磁场数字化物理实验演示磁场对线圈窄边的作用数字化物理实验演示12、向心力的研究数字化物理实验演示力传感器测量向心力光电门测量旋转速度砝码数字化物理实验演示重视实验前仪器的调整

摇臂砝码旋转螺栓数字化物理实验演示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