DISLab驗證液壓千斤頂 原理

陳劍峰

摘 要：引入“帕斯卡原理”時教師通常會采用理論推導(dǎo)得出結(jié)論，學(xué)生缺乏感知，不易接受，以至于死記硬背結(jié)論，課堂效果差。在演示實驗與理論教學(xué)的配合過程中，結(jié)合學(xué)生實際情況，利用DISlab數(shù)字化信息系統(tǒng)這個平臺，針對以上不足進(jìn)行改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)彈簧測力計所不能測量壓力的問題。精確且實時動態(tài)地采集實驗信息，并實現(xiàn)數(shù)字化顯示圖像信息 [1 ]，改變“老師灌輸、同學(xué)死記硬背公式”的現(xiàn)狀，彌補課本和實驗配套的不足。

關(guān)鍵詞：帕斯卡原理；DISlab數(shù)字化信息系統(tǒng)；力傳感器；注射器

1 引入“帕斯卡原理”兩現(xiàn)狀

引入“帕斯卡原理”時教師通常會采用理論推導(dǎo)得出結(jié)論，學(xué)生缺乏感知，不易接受，以至于死記硬背結(jié)論，課堂效果差。有的是利用自制儀器：用一個重量比活塞與注射器管壁之間的摩擦力大的砝碼壓在小注射器上，用磅秤測量在擠壓大注射器時所施加的壓力，從測到的數(shù)值中減去液體加上活塞的重量，驗證一下帕斯卡原理。操作難道大，臺秤讀數(shù)誤差大，若要多次測量疊加砝碼有一定的難度 [2 ]。本人決定對儀器進(jìn)行改進(jìn)，解決以上不足。

2 目的和思路

2.1 設(shè)計目的

解決傳統(tǒng)彈簧測力計不能測量壓力及誤差較大等問題。改變“老師灌輸、同學(xué)死記硬背公式”的現(xiàn)狀，利用實驗探究精確得出結(jié)論，彌補課本和實驗配套的不足。

2.2 設(shè)計思路

小缸的活塞面積為S1，壓力為F1；大缸的活塞面積為S2，負(fù)載力為F2；若S1/S2=F1/F2， 則P=F1/S1=F2/S2 。

2.3 DISLab簡介

DISLab是英文Digital Information System Laboratoryd的縮寫，意為“數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室”。它是利用多媒體信息技術(shù)輔助實驗教學(xué)的軟硬件一體化的教學(xué)實驗系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)采集器、多種教學(xué)專用傳感器以及安裝了配套專用軟件的計算機。傳感器用來快速、高精度地實時采集實驗數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘杺鬏斀o數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)采集器是連接傳感器和計算機的橋梁，是整個系統(tǒng)的核心，對傳感器傳輸?shù)碾娦盘栠M(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分析，然后將結(jié)果傳輸給計算機進(jìn)行顯示和實時處理 [3 ]。

3 科學(xué)方法和原理

從理論到實踐，以帕斯卡原理引導(dǎo)儀器的設(shè)計和制作；再從實踐到理論，以設(shè)計制作的儀器探究和實驗驗證千斤頂原理（帕斯卡原理）。利用數(shù)學(xué)化信息技術(shù)對表格、圖像進(jìn)行處理。

4 實驗過程

4.1 實驗主器材

朗威DISLab、計算機、鐵架臺及配件、注射器2只（1ml和10ml）、點滴導(dǎo)管、力傳感器1對、支架及螺絲、刻度尺等。

4.2 整體系統(tǒng)圖（如圖1、圖2）

4.3 操作步驟

（1）兩注射器吸適量水后，用點滴管連接。

（2）利用鐵架臺及配件，固定好大小注射器。（如圖3）

（3）將力傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器1、2通道，選擇“通用軟件”，將力傳感器調(diào)零，創(chuàng)建表格。選擇適當(dāng)?shù)牟蓸訒r間間隔，點擊“開始”，實驗記錄數(shù)據(jù)。

（4）實驗結(jié)束，選擇有效數(shù)據(jù)，繪圖，線性擬合，如圖4。

（5）用刻度尺測大注射器10ml的總長度及小注射器1ml的總長度，計算出S1/S2 。

（6）得出結(jié)論并評估。

4.5 實驗結(jié)果

分析：小注射器V1=1 ml，長度為L1=6cm， 由V=S·H得，S1=V1/L1 =1ml/6cm。

同理可得S2=V2/L2=10ml/6cm。

兩受力面面積之比為：S2/S1=10。

圖5為F1與F2的變化圖像，通過擬合，得出圖5公式：y=10.3342x+0.02，在誤差允許范圍內(nèi)F2/F1=10.3，

即：S1/S2=F1/F2 ？壢F1/S1=F2/S2 。

由此驗證了液壓千斤頂?shù)脑恚篜=F1/S1=F2/S2 。

5 創(chuàng)新點

與國內(nèi)外同類項目相比 ，本探究具有：全面探究、直觀易懂、定量精確、操作簡便。測量力的儀器選擇DIS力傳感器，解決了傳統(tǒng)彈簧測力計所不能測量壓力的問題。精確且實時動態(tài)地采集實驗信息，并實現(xiàn)數(shù)字化顯示圖像信息，改變“老師灌輸、同學(xué)死記硬背公式”的現(xiàn)狀，彌補課本和實驗配套的不足。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙春然，朱孟正.數(shù)字化實驗系統(tǒng)DISLab與傳統(tǒng)演示實驗對比研究[J].高師理科學(xué)刊，2011，31（1）：94-96.

[2] 滕玉伏，梁蘭英，蘇福河等.簡介“科學(xué)探究帕斯卡原理”[J].實驗教學(xué)與儀器， 2009，26（5）：27-28.

[3] 紀(jì)為民.DISLab對中學(xué)物理實驗的幫助[J].中國現(xiàn)代教育裝備，2011（14）：39-40.