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，儀器易于操作，精確度高，能獲取連續的多組數據，同一組儀器可以進行浮力的一系列實驗，不需要重新設計儀器，實現數據的即時處理與直觀呈現，方便省時，在真實實驗的基礎上實現了信息技術與物理實驗教學的整合[1]。

一、實驗系統介紹

（一）朗威智能信息采集系統的簡介

DIS是英文Digital Information System （數字化信息系統）的縮寫。DISLab是數字化信息系統實驗室的簡稱。朗威智能信息采集系統包含傳感器、探頭、數據采集器和“朗威物理”軟件，其中軟件包括專用軟件和通用軟件，它們共同構成了基于數據實時采集和實時處理的完整的現代化實驗教學平臺。它集物理量測量、智能化數據分析、數據記錄和自動控制等功能于一體，實現了對物理實驗的實時控制及對實驗數據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節高度，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：朗威數字化信息系統、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據采集器的兩個通道中，再將數據采集器連接在電腦上，打開朗威數字化信息系統的通用軟件，打開“計算表格”然后，設置變量“Fx”。

第二步：將小桶掛在I號力傳感器上，對應變量F1，現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零（調零后小桶自身的重力以及桶中液體的重力對實驗結果將不會造成影響）。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據。

第四步：讓重物下降一個高度，使物體浸入液體中，待讀數穩定后手動記錄下數據。

第五步：繼續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，待讀數穩定后手動記錄數據。

第六步：待重物浸沒在液體中時，讀數穩定后手動記錄數據。

第七步：重復上述操作繼續降低升降臺，待讀數穩定后記錄數據。

觀察以上數據發現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

物理實驗是中學物理教學的重要組成內容，可以激發學生學習興趣，使學生有效地掌握物理知識，并培養學生良好的科學素養[2]。中學生的實驗操作能力并不強，面對大量的數據處理，即使學生操作過程正確結果也有可能有很大的誤差，從而降低學生的實驗積極性。應用本系統演示效果很明顯，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，將教具與朗威數字化信息系統結合，能獲取連續直觀的數據，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，給學生的實驗操作帶來很大的便利。

基于DIS的中學物理實驗教學能實現“求知、應用、教育和發展”的教育功能，注重知識和技能的結合，強調物理規律形成的過程和探究方法[3]。新課標要求把學生的好奇心、興趣和積極的情感體驗放在首位，由原來培養學習物理的興趣擴展到保持和發展學生對自然界和科學的好奇、興趣和滿足感、興奮感，這是學生認識和探索物質世界從而學好物理的原動力，是發展科學素養的基礎。

參考文獻：

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

[2]韓獨石.中學物理實驗中自制教具的優勢[J].教學儀器與實驗，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現狀調查及分析[D].上海：上海師范大學，2006.