高中物理數(shù)字化實驗教學(xué)的二個實例探索

吳玉霞

【摘 要】數(shù)字化物理實驗系統(tǒng)已經(jīng)出現(xiàn)，教師應(yīng)緊跟時代發(fā)展，掌握現(xiàn)代化測量技術(shù)，不斷提高數(shù)字化實驗?zāi)芰Α?/p>

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化物理實驗；DIS軟件

在科技飛速發(fā)展的今天，數(shù)字化物理實驗已進入高中物理教學(xué)領(lǐng)域。我校于2015年9月引入數(shù)字化實驗系統(tǒng)，在實際教學(xué)中，我們經(jīng)歷了從陌生到熟悉，再從熟悉到應(yīng)用自如的過程。深刻體會到學(xué)無止境，只有不斷努力，才能跟上時代發(fā)展的步伐。我們在工作中針對數(shù)字化物理實驗時遇到的問題和困難所在，即不會操作實驗入手，一步一步，循序漸進。先進行所有實驗器材與電腦的連接，然后主攻數(shù)字化實驗操作軟件。因為數(shù)字化物理實驗需要與電腦連接完成實驗，而電腦中完成實驗的是專門的數(shù)字化實驗系統(tǒng)軟件，即DIS實驗軟件。所以只有完全掌握好DIS教學(xué)軟件，才能完成物理數(shù)字化實驗。這正是數(shù)字化物理實驗的重點和難點所在。下面從電學(xué)和力學(xué)的二個教學(xué)實例來說明我們是如何開展數(shù)字化物理實驗的。

一、光敏電阻和熱敏電阻的特性

光敏電阻和熱敏電阻是常見的制作傳感器的元器件。傳感器能感受光、熱等非電學(xué)量，并能把它們按照一定的規(guī)律轉(zhuǎn)換為電壓、電流等電學(xué)量，廣泛應(yīng)用于我們的生活中。此實驗可幫助學(xué)生加深對傳感器的理解。引導(dǎo)學(xué)生接觸高科技領(lǐng)城。實驗電路圖如下所示：

（1）教學(xué)中首先把電學(xué)實驗板、電流和電壓傳感器（即電路圖中電壓表和電流表），直流6v電源正確連接。然后把電流和電壓傳感器的數(shù)據(jù)線接入數(shù)據(jù)采集器，通過數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)線接入計算機的USB接口。

（2）雙擊打開實驗系統(tǒng)軟件DIS，選擇教材通用軟件，點擊新建實驗進入實驗平臺。進入實驗平臺后，首先觀察DIS軟件中左上方四個數(shù)據(jù)采集器通道是否顯示已接電流和電壓傳感器。若顯示接入則繼續(xù)實驗；若沒連入，則需要檢查所有接入計算機的數(shù)據(jù)線是否接觸良好；直至數(shù)據(jù)采集器通道顯示無誤，方可進入實驗環(huán)節(jié)。

（3）單擊“新建活頁夾”圖標(biāo)，打開“模板選擇”對話框，選擇模板3圖標(biāo)。此時在顯示屏幕的主體部分分別顯示左右兩個分別獨立的坐標(biāo)圖。然后再點擊“圖線編輯”對話框。在顯示下拉菜單中選擇圖線顯示左，在x軸下拉菜單中選擇時間，y軸選擇電壓，在顏色下拉菜單中選擇任一顏色（如藍(lán)色），點擊增加。同理設(shè)置右邊的坐標(biāo)圖：點擊“圖線編輯”對話框，在顯示下拉菜單中選擇圖線顯示右，在x軸下拉菜單中選擇時間，y軸選擇電流，在顏色下拉菜單中選擇與左邊圖中顯示點不同的顏色（如紅色），以達(dá)到區(qū)別電壓和電流的目的，再點擊增加。然后設(shè)置實驗時間為“10秒”，采集間隔“1.25毫秒”。

（4）傳感器校準(zhǔn)。①將電壓傳感器紅黑鱷魚夾短接，點擊傳感器設(shè)置區(qū)域傳感器校準(zhǔn)按扭，彈出校準(zhǔn)對話框，選擇對應(yīng)通道的“電壓傳感器”；點擊“校準(zhǔn)”按扭彈出對話框，待左下角數(shù)值穩(wěn)定后在“真實值”一欄中輸入“0”點擊“校準(zhǔn)”“確定”，最后再次點擊“確定”即可。②用同樣方法校準(zhǔn)電流傳感器。

（5）點擊“退出”按扭，退出校準(zhǔn)界面，完成后將傳感器重新接入實驗電路板接線柱。

（6）開關(guān)撥至光敏電阻一側(cè)，點擊實驗“開始”按扭，采集數(shù)據(jù)，同時打開手電筒照射光敏電阻，片刻之后關(guān)閉手電筒。數(shù)據(jù)采集完成后，點擊“結(jié)束”采集按扭。實驗結(jié)果如下圖所示：

電流的圖像與電壓圖像正好相反，即電壓增大時電流減小。

（7）重新開始實驗，開關(guān)撥至熱敏電阻一側(cè)，點擊實驗“開始”按扭，采集數(shù)據(jù)。同時用火柴燒熱敏電阻片刻之后，熄滅火柴。數(shù)據(jù)采集完成后，點擊“結(jié)束”采集按扭。實驗結(jié)果與光敏電阻實驗近似，圖像也類似。即電壓增大時，電流減小。

二、探究加速度與拉力和質(zhì)量的關(guān)系

1.實驗過程如下所示

本實驗裝置與傳統(tǒng)實驗裝置類似，但還是有許多不同。不同之處是在導(dǎo)軌旁安裝固定了兩個光電門傳感器，并把光電門傳感器與數(shù)據(jù)采集器連接，數(shù)據(jù)采集器再與計算機USB接口連接。在小車運動過程中，用單擋板擋光后，采集實驗數(shù)據(jù)。

2.先探究a與F的關(guān)系

（1）打開實驗系統(tǒng)軟件DlS，選擇教材通用軟件，點擊新建實驗平臺，進入實驗平臺后，首先觀察DIS軟件中左上方四個數(shù)據(jù)采集器通道是否顯示已接兩個光電門傳感器。若顯示接入則繼續(xù)實驗；若沒連入，則需要檢查所有接入計算機的數(shù)據(jù)線是否接觸良好；直至數(shù)據(jù)采集器通道顯示無誤，進入實驗環(huán)節(jié)。然后再點擊“新建活頁夾”圖標(biāo)，選擇其中最后一個模板，即顯示窗口的左側(cè)為實驗數(shù)據(jù)，右側(cè)是一個坐標(biāo)圖的模板。

（2）點擊光電門設(shè)置按扭，對光電門進行如下設(shè)置：①選擇實驗類型為直線運動，測量方式A到B，點擊下一步；②選擇光電門A為固定在導(dǎo)軌上端的光電門通道，選擇光電門B為固定在導(dǎo)軌下端的光電門通道，點擊確定；③選擇被測物理量為加速度，擋光類型為單擋板，點擊下一步；④光電門觸發(fā)采集選擇加速度，單擋板的寬為2cm，點擊完成；

（3）點擊公式編輯變量按扭，編輯變量和公式：①增加變量名m，名稱質(zhì)量，點擊增加；②增加變量名F，名稱拉力，公式m×9.8，點擊完成。

（4）點擊數(shù)據(jù)列選擇按扭，選擇要顯示的變量，勾選“m、a、F”點擊“確定”；點擊“圖線編輯對話框”，在x軸下拉菜單中選擇拉力，y軸選擇加速度，點擊增加；

（5）在繩的一端增加一個鉤子，每添加一次重物（即每次增加2克），點擊手動測量按扭記錄一次數(shù)據(jù)，采集足夠的數(shù)據(jù)后點擊停止按扭，結(jié)束數(shù)據(jù)采集。

（6）實驗結(jié)束后在數(shù)據(jù)表m列輸入相應(yīng)的質(zhì)量數(shù)值。

（7）實驗結(jié)果較為理想，圖像與教科書一致。

3.再探究a與m的關(guān)系

與a與F實驗操作過程類似，只是增加變量名不同。增加的是m和1/m。實驗結(jié)果與教科書一致。

通過以上二個教學(xué)實例，與傳統(tǒng)物理實驗相比，數(shù)字化物理實驗在實驗數(shù)據(jù)的采集與處理方面，都優(yōu)于傳統(tǒng)物理實驗；同時對教師的實驗技能也提出更高的要求。以前傳統(tǒng)的教科書中沒有傳感器實驗，現(xiàn)在的教科書中有大量的傳感器實驗。而這些實驗都需要數(shù)字化實驗系統(tǒng)來完成。所以，不斷努力，掌握現(xiàn)代化的測量技術(shù)，是時代的發(fā)展要求，也是物理教師的必備技能。淺談二個數(shù)字化物理實驗操作過程，愿與大家共勉。

參考文獻：

[1]《中小學(xué)實驗與裝備》，2016年第1期.