高中物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)教學(xué)的二個(gè)實(shí)例探索

吳玉霞

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

【關(guān)鍵詞】數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)；DIS軟件

在科技飛速發(fā)展的今天，數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)已進(jìn)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，在實(shí)際教學(xué)中，我們經(jīng)歷了從陌生到熟悉，再?gòu)氖煜さ綉?yīng)用自如的過(guò)程。深刻體會(huì)到學(xué)無(wú)止境，只有不斷努力，才能跟上時(shí)代發(fā)展的步伐。我們?cè)诠ぷ髦嗅槍?duì)數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)時(shí)遇到的問(wèn)題和困難所在，即不會(huì)操作實(shí)驗(yàn)入手，一步一步，循序漸進(jìn)。先進(jìn)行所有實(shí)驗(yàn)器材與電腦的連接，然后主攻數(shù)字化實(shí)驗(yàn)操作軟件。因?yàn)閿?shù)字化物理實(shí)驗(yàn)需要與電腦連接完成實(shí)驗(yàn)，而電腦中完成實(shí)驗(yàn)的是專門的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件，即DIS實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)。這正是數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)的重點(diǎn)和難點(diǎn)所在。下面從電學(xué)和力學(xué)的二個(gè)教學(xué)實(shí)例來(lái)說(shuō)明我們是如何開(kāi)展數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)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(jiàn)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(shí)驗(yàn)可幫助學(xué)生加深對(duì)傳感器的理解。引導(dǎo)學(xué)生接觸高科技領(lǐng)城。實(shí)驗(yàn)電路圖如下所示：

（1）教學(xué)中首先把電學(xué)實(shí)驗(yàn)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(guò)數(shù)據(jù)采集器的數(shù)據(jù)線接入計(jì)算機(jī)的USB接口。

（2）雙擊打開(kāi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件DIS，選擇教材通用軟件，點(diǎn)擊新建實(shí)驗(yàn)進(jìn)入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)。進(jìn)入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，首先觀察DIS軟件中左上方四個(gè)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(shí)驗(yàn)；若沒(méi)連入，則需要檢查所有接入計(jì)算機(jī)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(wú)誤，方可進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。

（3）單擊“新建活頁(yè)夾”圖標(biāo)，打開(kāi)“模板選擇”對(duì)話框，選擇模板3圖標(biāo)。此時(shí)在顯示屏幕的主體部分分別顯示左右兩個(gè)分別獨(dú)立的坐標(biāo)圖。然后再點(diǎn)擊“圖線編輯”對(duì)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(shí)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(diǎn)擊增加。同理設(shè)置右邊的坐標(biāo)圖：點(diǎn)擊“圖線編輯”對(duì)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(shí)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(diǎn)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(diǎn)擊增加。然后設(shè)置實(shí)驗(yàn)時(shí)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(yú)夾短接，點(diǎn)擊傳感器設(shè)置區(qū)域傳感器校準(zhǔn)按扭，彈出校準(zhǔn)對(duì)話框，選擇對(duì)應(yīng)通道的“電壓傳感器”；點(diǎn)擊“校準(zhǔn)”按扭彈出對(duì)話框，待左下角數(shù)值穩(wěn)定后在“真實(shí)值”一欄中輸入“0”點(diǎn)擊“校準(zhǔn)”“確定”，最后再次點(diǎn)擊“確定”即可。②用同樣方法校準(zhǔn)電流傳感器。

（5）點(diǎn)擊“退出”按扭，退出校準(zhǔn)界面，完成后將傳感器重新接入實(shí)驗(yàn)電路板接線柱。

（6）開(kāi)關(guān)撥至光敏電阻一側(cè)，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)“開(kāi)始”按扭，采集數(shù)據(jù)，同時(shí)打開(kāi)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(diǎn)擊“結(jié)束”采集按扭。實(shí)驗(yàn)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(shí)電流減小。

（7）重新開(kāi)始實(shí)驗(yàn)，開(kāi)關(guān)撥至熱敏電阻一側(cè)，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)“開(kāi)始”按扭，采集數(shù)據(jù)。同時(shí)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(diǎn)擊“結(jié)束”采集按扭。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與光敏電阻實(shí)驗(yàn)近似，圖像也類似。即電壓增大時(shí)，電流減小。

二、探究加速度與拉力和質(zhì)量的關(guān)系

1.實(shí)驗(yàn)過(guò)程如下所示

本實(shí)驗(yàn)裝置與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)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(gè)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(jì)算機(jī)USB接口連接。在小車運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，用單擋板擋光后，采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。

2.先探究a與F的關(guān)系

（1）打開(kāi)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)軟件DlS，選擇教材通用軟件，點(diǎn)擊新建實(shí)驗(yàn)平臺(tái)，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)平臺(tái)后，首先觀察DIS軟件中左上方四個(gè)數(shù)據(jù)采集器通道是否顯示已接兩個(gè)光電門傳感器。若顯示接入則繼續(xù)實(shí)驗(yàn)；若沒(méi)連入，則需要檢查所有接入計(jì)算機(jī)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(wú)誤，進(jìn)入實(shí)驗(yàn)環(huán)節(jié)。然后再點(diǎn)擊“新建活頁(yè)夾”圖標(biāo)，選擇其中最后一個(gè)模板，即顯示窗口的左側(cè)為實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，右側(cè)是一個(gè)坐標(biāo)圖的模板。

（2）點(diǎn)擊光電門設(shè)置按扭，對(duì)光電門進(jìn)行如下設(shè)置：①選擇實(shí)驗(yàn)類型為直線運(yùn)動(dòng)，測(cè)量方式A到B，點(diǎn)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(diǎn)擊確定；③選擇被測(cè)物理量為加速度，擋光類型為單擋板，點(diǎn)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(diǎn)擊完成；

（3）點(diǎn)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(diǎn)擊增加；②增加變量名F，名稱拉力，公式m×9.8，點(diǎn)擊完成。

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

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

（6）實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)結(jié)果較為理想，圖像與教科書(shū)一致。

3.再探究a與m的關(guān)系

與a與F實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程類似，只是增加變量名不同。增加的是m和1/m。實(shí)驗(yàn)結(jié)果與教科書(shū)一致。

通過(guò)以上二個(gè)教學(xué)實(shí)例，與傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)相比，數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)在實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集與處理方面，都優(yōu)于傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)；同時(shí)對(duì)教師的實(shí)驗(yàn)技能也提出更高的要求。以前傳統(tǒng)的教科書(shū)中沒(méi)有傳感器實(shí)驗(yàn)，現(xiàn)在的教科書(shū)中有大量的傳感器實(shí)驗(yàn)。而這些實(shí)驗(yàn)都需要數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)來(lái)完成。所以，不斷努力，掌握現(xiàn)代化的測(cè)量技術(shù)，是時(shí)代的發(fā)展要求，也是物理教師的必備技能。淺談二個(gè)數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程，愿與大家共勉。

參考文獻(xiàn)：

[1]《中小學(xué)實(shí)驗(yàn)與裝備》，2016年第1期.