基于朗威DISLab自制教具探究阿基米德原理

張曉旭 白少民

用日常生活中常見的材料制成阿基米德原理演示儀，并引進朗威智能信息采集系統(tǒng)，儀器易于操作，精確度高，能獲取連續(xù)的多組數(shù)據(jù)，同一組儀器可以進行浮力的一系列實驗，不需要重新設(shè)計儀器，實現(xiàn)數(shù)據(jù)的即時處理與直觀呈現(xiàn)，方便省時，在真實實驗的基礎(chǔ)上實現(xiàn)了信息技術(shù)與物理實驗教學(xué)的整合[1]。

一、實驗系統(tǒng)介紹

（一）朗威智能信息采集系統(tǒng)的簡介

DIS是英文Digital Information System （數(shù)字化信息系統(tǒng)）的縮寫。DISLab是數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室的簡稱。朗威智能信息采集系統(tǒng)包含傳感器、探頭、數(shù)據(jù)采集器和“朗威物理”軟件，其中軟件包括專用軟件和通用軟件，它們共同構(gòu)成了基于數(shù)據(jù)實時采集和實時處理的完整的現(xiàn)代化實驗教學(xué)平臺。它集物理量測量、智能化數(shù)據(jù)分析、數(shù)據(jù)記錄和自動控制等功能于一體，實現(xiàn)了對物理實驗的實時控制及對實驗數(shù)據(jù)的自動化采集和處理。

（二）自制阿基米德原理演示儀

1.升降臺的制作

升降臺是將兩個針管用塑料管連通，一個里面裝滿水并排空空氣，通過推拉其中一個針管中的活塞推動另一個針管中的活塞達到靈活、連續(xù)升降的目的。

2.阿基米德原理教具制作

用鋁管制成的支架，橫桿長25.2cm，豎桿高50.0cm。升降桿是用橡膠棒制成的，與升降臺原理基本一樣，都是通過推拉針管來調(diào)節(jié)高度，不同的是使用升降桿時將一個力傳感器固定在升降桿上，另外一個力傳感器固定在一個豎桿上，支架是可拆卸的。

二、利用朗威DISLab與自制阿基米德原理演示儀的實驗過程

實驗儀器：朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)、自制升降臺、溢水杯、小桶、重物。

第一步：將兩個力傳感器插入數(shù)據(jù)采集器的兩個通道中，再將數(shù)據(jù)采集器連接在電腦上，打開朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)的通用軟件，打開“計算表格”然后，設(shè)置變量“Fx”。

第二步：將小桶掛在I號力傳感器上，對應(yīng)變量F1，現(xiàn)在給溢水杯中倒液體直至有液體向外溢出，然后對兩個力傳感器進行調(diào)零（調(diào)零后小桶自身的重力以及桶中液體的重力對實驗結(jié)果將不會造成影響）。F1將記錄排開液體所受的重力；再將重物掛在II號力傳感器上，對應(yīng)變量F2。

第三步：讓重物與液面保持一小段距離，此時F2記錄的是重物所受重力，手動記錄下第一組數(shù)據(jù)。

第四步：讓重物下降一個高度，使物體浸入液體中，待讀數(shù)穩(wěn)定后手動記錄下數(shù)據(jù)。

第五步：繼續(xù)將升降臺下降一個高度，使得重物向液體的深處再移動一段距離，待讀數(shù)穩(wěn)定后手動記錄數(shù)據(jù)。

第六步：待重物浸沒在液體中時，讀數(shù)穩(wěn)定后手動記錄數(shù)據(jù)。

第七步：重復(fù)上述操作繼續(xù)降低升降臺，待讀數(shù)穩(wěn)定后記錄數(shù)據(jù)。

觀察以上數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn)F1與F2之和不變。這個值與重物所受重力的大小相等，則可以列出一個式子：

通過大量的實驗結(jié)果表明，浸在液體中的物體受到向上的浮力，浮力的大小等于它排開液體所受的重力，這就是著名的阿基米德原理。

三、實驗效果和意義

物理實驗是中學(xué)物理教學(xué)的重要組成內(nèi)容，可以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，使學(xué)生有效地掌握物理知識，并培養(yǎng)學(xué)生良好的科學(xué)素養(yǎng)[2]。中學(xué)生的實驗操作能力并不強，面對大量的數(shù)據(jù)處理，即使學(xué)生操作過程正確結(jié)果也有可能有很大的誤差，從而降低學(xué)生的實驗積極性。應(yīng)用本系統(tǒng)演示效果很明顯，通過推拉針管的活塞控制升降臺，用不同的方法達到排水目的，將教具與朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)結(jié)合，能獲取連續(xù)直觀的數(shù)據(jù)，易于操作，精確度高。并且還可以用該儀器進行浮力的一系列實驗，給學(xué)生的實驗操作帶來很大的便利。

基于DIS的中學(xué)物理實驗教學(xué)能實現(xiàn)“求知、應(yīng)用、教育和發(fā)展”的教育功能，注重知識和技能的結(jié)合，強調(diào)物理規(guī)律形成的過程和探究方法[3]。新課標要求把學(xué)生的好奇心、興趣和積極的情感體驗放在首位，由原來培養(yǎng)學(xué)習(xí)物理的興趣擴展到保持和發(fā)展學(xué)生對自然界和科學(xué)的好奇、興趣和滿足感、興奮感，這是學(xué)生認識和探索物質(zhì)世界從而學(xué)好物理的原動力，是發(fā)展科學(xué)素養(yǎng)的基礎(chǔ)。

參考文獻：

[1]宋樟偉.DISLab在中學(xué)物理實驗教學(xué)中的應(yīng)用研究[D].金華：浙江師范大學(xué)，2012.

[2]韓獨石.中學(xué)物理實驗中自制教具的優(yōu)勢[J].教學(xué)儀器與實驗，2010（1）：32-34.

[3]魏慧軍.基于DIS的上海二期課改高中物理實驗教學(xué)現(xiàn)狀調(diào)查及分析[D].上海：上海師范大學(xué)，2006.