数字化实验系统在实验教学应用中的探讨

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1、万方数据第27卷第12期2006年物理教师PHYSICSTEACHERVd．27No．12(2006)·物理实验·数字化实验系统在实验教学应用中的探讨张彬(唐山师范学院物理系，河北唐山063000)摘要：数字化实验系统是一个开放性的实验平台，与传统实验器材相比，它具有快速、高精度地实时采集数据，并自动记录和分析处理的特点．完善的数字化实验系统，在真实实验的基础上实现了新课标要求的“信息技术与物理学科教学的全面整合”．关键词：数字化实验系统；传感器；素质教育；整合1数字化实验系统的优势数字化实验系统不仅可以完成传统的物理实验

2、，还可以完成一些传统实验很难进行的实验，而且实验现象明显．同时，数字化实验系统辅助探究性实验，可以起到传统实验仪器很难达到的效果．与传统实验器材比较，利用数字化信息系统实验室有以下优势．(1)实验手段的数字化传统实验中，利用测力计、压强计、电流表、电压表等仪器仪表测量力、压强、电流、电压等物理量，这些仪器仪表体积较大，读数不便；而数字化实验系统则把以上这些物理量转换为电信号，将测量装置统一为小巧的传感器，与实验装置紧密连接．因此，传输更方便，测量更便捷，采集更细密，数据更精确，显示更直观。(2)促进物理现象和物理规律的可视

3、化应用数字化实验系统，可由传统的实验数据“点采集”过渡到“线采集”，即以极小的时间间隔记录大量实验数据，亦可直接根据数量充足的数据点描绘出反映物理量变化过程的图线，有效地解决了暂态现象测量等传统实验的难题．(3)“测量—记录一呈现”实时化数字化实验系统的实验数据测量、记录和呈现完全由计算机控制，因此，在传统实验中需要手工完成的繁琐工作已实现了实时化．实验进行的同时，数据记录和图线描绘已经完成，实验效率大幅度提高，课堂时间的利用率得以提升．2用数字化实验系统改进传统物理实验示例数字化实验系统通过传感器、计算机的应用，形成了全

4、新的实验手段体系，填补了传统实验中的很多实验空白．例如，动态位移实时测量、受力状况动态实时测量、磁感应强度测量、微小信号测量、暂态信号测量、多数据并行测量等，可以完成以往传统实验仪器难以完成的一系列实验．2．1验证变力的动量定理(1)实验装置如图1，将力传感器和光电门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上，轨道尽可能光滑(可用气垫导轨)；图1图2(2)推动小车通过光电门传感器后与力传感器的一27—万方数据Vd．27No．12(2006)物理教师PHYSICSTEACHER第27卷第12期2

5、006矩测钩碰撞，经反弹后又经过光电门传感器，同时记录下挡光片两次通过光电门传感器的挡光时间，而计算机将自动计算出小车碰撞前后的速度、动量及动量的变化量．(3)力传感器记录了小车在碰撞过程中受力随时间的变化图像，可以启用“积分”功能，计算出在碰撞过程中力与时问的积分值(即冲量R)如图2，与动量变化相比较，以验证变力的动量定理，2．2向心力研究(1)实验装置如图3所示，将光电门传感器和力传感器分别接入数据采集器；图3(2)保持砝码质量和转动半径不变，转动实验器的悬臂，力传感器记录砝码转动过程需要的向心力，而光电门传感器则可得

6、出转动的线速度，线速度除以转动半径就可得到转动的角速度，这样就采集到一组向心力与角速度的数据；一28一图4(3)点击“绘图”，选取X轴为转动角速度“∞”，Y轴为向心力“F2”，得到数据点在坐标系中的分布如图4；(4)点击“二次多项式”拟合，计算机自动拟合图线如图5，观察数据点与拟合线是否基本重合；图5(5)在数据表格中，输入计算角速度平方的公式q=∞2，点击“绘图”，选取X轴为“q”，Y轴为“F2”，得到数据点在坐标系中的分布图，点击“线性拟合”，观察数据点与拟合图线是否基本重合，如图6；图6(6)改变砝码质量或转动半径，

7、重复实验，总结向心力F与质量m及转动半径r的关系．2．3实验结论(1)受到变力作用下的物体。由于作用力是瞬间完成且不停的变化，所以，传统实验很难研究动量变化与冲量的关系．而数字化实验系统的力传感器采集频率高，故能够实时地测量力的变化，且能捕捉到瞬同力的万方数据第27卷第12期2006正物理教师PHYSICSTEACHERVbl．27No．12<2006)用三次类比探究弹性势能的表达式陈志梅(苏州大学物理科学与技术学院教育硕士；江苏省苏州中学，江苏苏州215006)一个新的物理概念的引出往往意味着学生思维结构的一次变化．当学

8、生原有的思维方式、认知水平一时难以适应这一变化时，就需要教师想方设法地寻找学生原有的思维方式、认知水平与新概念间的联系，为学生铺设台阶，使学生的思维一步一步提高．这样形成的概念，学生容易接受而且印象深刻．新教材“弹性势能”这一节中，不要求定量研究弹性势能，也不要求学生掌握探究的结论，更不要求用弹性势能的