【教學(xué)設(shè)計(jì)】《現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)——數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）》（物理滬科高一上冊(cè)）.docx

教材分析現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）應(yīng)用傳感器和數(shù)據(jù)采集器自動(dòng)獲取和輸入實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，通過計(jì)算機(jī)的快速處理得到實(shí)驗(yàn)的結(jié)果，提高了教學(xué)效率，使學(xué)生可以有更多的時(shí)間用于自主探究活動(dòng)，改變傳統(tǒng)的教學(xué)模式。學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容所需準(zhǔn)備的知識(shí)和技能主要有：（1）勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的圖像描述；（2）位移、速度的概念；（3）長度的測(cè)量。通過實(shí)例（利用傳統(tǒng)測(cè)量工具測(cè)量長度）的測(cè)量和討論，感受引入DIS的優(yōu)點(diǎn)。結(jié)合“練習(xí)使用DIS”實(shí)驗(yàn)，了解DIS的構(gòu)成和使用方法，并練習(xí)測(cè)定位移傳感器的測(cè)量范圍，歸納得出測(cè)量的三個(gè)組成部分。通過“用DIS測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位移和速度”實(shí)驗(yàn)，初步學(xué)會(huì)用圖像描述和研究物體的運(yùn)動(dòng)規(guī)律，進(jìn)一步理解s-t圖像和v-t圖像的物理意義。 教學(xué)目標(biāo)【知識(shí)與能力目標(biāo)】1、知道物理測(cè)量的三個(gè)組成部分。2、知道DIS的含義、構(gòu)成和使用方法。3、初步學(xué)會(huì)組裝DIS，用DIS獲取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和得出實(shí)驗(yàn)圖像。4、進(jìn)一步理解勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的s t圖像和v t圖像的物理意義?！具^程與方法目標(biāo)】1、通過對(duì)DIS實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集、列表、作圖、擬合和轉(zhuǎn)換等環(huán)節(jié)的處理過程，感受研究物理規(guī)律的科學(xué)方法和基本過程。2、通過對(duì)傳統(tǒng)儀器與DIS測(cè)量物理量過程的類比研究，認(rèn)識(shí)物理實(shí)驗(yàn)的一般過程和方法。3、通過應(yīng)用DIS對(duì)幾種直線運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)研究，感受圖像法是分析和研究物理問題的有效方法之一。【情感與態(tài)度目標(biāo)】1、通過對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器與DIS傳感器測(cè)量物理量過程的對(duì)比，體驗(yàn)數(shù)字化、信息化技術(shù)帶來的革命性的變化，提高學(xué)習(xí)興趣和探究欲望。2、通過應(yīng)用DIS對(duì)物體運(yùn)動(dòng)情況的實(shí)驗(yàn)研究，感悟物質(zhì)運(yùn)動(dòng)的多樣性與復(fù)雜性，建立團(tuán)結(jié)協(xié)作的意識(shí)，養(yǎng)成實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 教學(xué)重難點(diǎn)【教學(xué)重點(diǎn)】：熟悉DIS的構(gòu)成和使用方法?！窘虒W(xué)難點(diǎn)】：用DIS測(cè)量勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的位移和速度。 課前準(zhǔn)備1、學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材：米尺，三角尺（或直尺），皮尺（或卷尺），計(jì)算器；DIS（位移傳感器，數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）及配套的力學(xué)軌道，小車。2、演示實(shí)驗(yàn)器材：DIS（位移傳感器，數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）及配套力學(xué)軌道，小車。3、自制課件。 教學(xué)過程復(fù)習(xí)導(dǎo)入復(fù)習(xí)回顧描勻速直線運(yùn)動(dòng)的圖像的特點(diǎn)。新課導(dǎo)入一、創(chuàng)設(shè)情景，提出問題學(xué)生分組實(shí)驗(yàn)1、一本物理教科書的體積有多大？實(shí)驗(yàn)桌的面積有多大？教室內(nèi)的地面面積是多少，請(qǐng)同學(xué)們動(dòng)手測(cè)量一下？2、讓一位同學(xué)手持卷尺的一端做直線運(yùn)動(dòng)（單向或雙向運(yùn)動(dòng)都可），請(qǐng)另一位同學(xué)通過卷尺刻度測(cè)出某段時(shí)間內(nèi)該位同學(xué)運(yùn)動(dòng)的位移？設(shè)問：用傳統(tǒng)測(cè)量工具測(cè)量物理量的體會(huì)是什么？小結(jié)：用刻度尺測(cè)量距離靠人眼觀察、手工記錄，操作耗時(shí)費(fèi)力，測(cè)量精度較低，效率不高，實(shí)時(shí)測(cè)量有一定的困難。中學(xué)物理課程中引入了數(shù)字化信息系統(tǒng)（簡稱DIS），給物理量的測(cè)量帶來了革命性的變化，下面簡單介紹如何用現(xiàn)代技術(shù)手段做物理實(shí)驗(yàn)。二、引入DIS，介紹概況1、DIS：是Digital Information System的縮寫，意為數(shù)字化信息系統(tǒng)。利用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)研究，我們稱做DIS實(shí)驗(yàn)。2、DIS：是Digital Information System Laboratory的縮寫，意為數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，是由“傳感器數(shù)據(jù)采集器計(jì)算機(jī)（裝有實(shí)驗(yàn)軟件包）”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。3、DIS的構(gòu)成、系統(tǒng)框圖和傳感器使用方法可參考附錄。三、實(shí)驗(yàn)探究，操作應(yīng)用應(yīng)用示例1：練習(xí)使用DISl 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模菏煜IS的使用方法l 實(shí)驗(yàn)器材：DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）；刻度尺。l 實(shí)驗(yàn)裝置：如圖l 實(shí)驗(yàn)步驟：（供參考）（1）將位移傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連構(gòu)成DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）開啟數(shù)據(jù)采集器電源和位移傳感器發(fā)射器部分的電源后，打開教材專用軟件，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)條目上的“練習(xí)使用DIS位移傳感器”。（3）將位移傳感器的發(fā)射器與接收器相對(duì)放置，點(diǎn)擊開始記錄，觀察計(jì)算機(jī)界面上的數(shù)據(jù)變化，并與刻度尺的測(cè)量結(jié)果進(jìn)行比較。（4）改變接收器和發(fā)射器的相對(duì)位置，測(cè)量其可測(cè)的最大、最小距離和角度范圍如圖，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表格中。發(fā)射器接收器實(shí)驗(yàn)記錄：位移傳感器的測(cè)量范圍最大距離（cm）最小范圍（cm）測(cè)量角度范圍（）l 大家談：用刻度尺和DIS位移傳感器測(cè)量距離有何不同和相同的地方？相同處：任何測(cè)量都有三個(gè)組成部分。探測(cè)器記錄，處理和顯示被測(cè)對(duì)象不同處：傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器精度較低、誤差較大、可重復(fù)性較差。DIS具備“實(shí)時(shí)實(shí)驗(yàn)”功能，數(shù)據(jù)采集、處理和分析都由計(jì)算機(jī)完成，測(cè)量時(shí)間省、精度高，誤差小，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的整合代表了新物理實(shí)驗(yàn)改革的方向。四、知識(shí)遷移，學(xué)以致用前面我們已經(jīng)學(xué)過勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的s-t圖像和v-t圖像，今天我們就用DIS來研究勻速直線運(yùn)動(dòng)物體的運(yùn)動(dòng)情況，進(jìn)一步理解這兩個(gè)圖像。應(yīng)用示例2：用DIS測(cè)定運(yùn)動(dòng)物體的位移和速度l 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模貉芯縿蛩僦本€運(yùn)動(dòng)物體的s-t圖像和v-t圖像，并從中求出物體運(yùn)動(dòng)的速度。l 實(shí)驗(yàn)器材：DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）、DIS配套力學(xué)軌道、小車。l 實(shí)驗(yàn)裝置：研究勻速直線運(yùn)動(dòng)裝置圖l 實(shí)驗(yàn)步驟：（供參考）（1）將位移傳感器的發(fā)射器固定在小車上，接收器固定在力學(xué)軌道右端（軌道稍傾斜，使小車能做勻速直線運(yùn)動(dòng)），將接收器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。（2）開啟數(shù)據(jù)采集器電源和位移傳感器發(fā)射器部分的電源，打開教材專用軟件，點(diǎn)擊實(shí)驗(yàn)條目上的“測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位移和速度”，屏上將出現(xiàn)“位移時(shí)間”坐標(biāo)。（3）點(diǎn)擊“開始記錄”，將小車放到軌道上，令其滑下。數(shù)據(jù)采集完成，點(diǎn)擊“停止記錄”，獲得位移時(shí)間圖像，從點(diǎn)的走向可以大致看出小車位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。（4）拖動(dòng)滾動(dòng)條，將對(duì)應(yīng)小車運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的s-t圖像置于顯示區(qū)域中間，點(diǎn)擊“擬合”，得出位移隨時(shí)間變化的曲線。（5）點(diǎn)擊“選擇區(qū)域按鈕，在s-t圖像上選擇研究區(qū)域。點(diǎn)擊鼠標(biāo)確定研究區(qū)域的“開始點(diǎn)”；再次點(diǎn)擊，以確定研究區(qū)域的“結(jié)束點(diǎn)。此時(shí)在軟件界面左下方的數(shù)據(jù)窗口中，即可顯示出研究區(qū)域內(nèi)s-t 圖線的初位移、末位移、時(shí)間差、速度的值。（6）點(diǎn)擊“v-t圖像，觀察研究區(qū)域內(nèi)s-t圖像對(duì)應(yīng)的v-t圖線。l 大家談：如果實(shí)驗(yàn)得到的s-t圖呈曲線，v-t圖像呈非水平直線，問題的原因是什么？答：說明小車未作勻速直線運(yùn)動(dòng)，應(yīng)調(diào)節(jié)力學(xué)軌道的傾斜度重做實(shí)驗(yàn)。五、小結(jié)歸納，理清思路讓學(xué)生談?wù)劚竟?jié)課的收獲（包括知識(shí)性的、能力性的、興趣等方面）。六、布置作業(yè)：調(diào)研相關(guān)資料：哪些現(xiàn)代測(cè)量工具替代傳統(tǒng)的測(cè)量工具的實(shí)例？ 教學(xué)反思略。附錄：1、DIS的構(gòu)成（以DISLabV5.0為例）（1）傳感器：把實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的各種物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，并把這些信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集器。DIS配備了多種傳感器，詳見下表。傳感器名稱量 程分 度電流傳感器-1A+1A10mA電壓傳感器-10V+10V10mV微電流傳感器-1A+1A/溫度傳感器-10+1100.1壓強(qiáng)傳感器0300kPa0.1 kPa力傳感器20N/10N0.1N磁感應(yīng)強(qiáng)度傳感器15mT0.1mT位移傳感器0200cm1mm光電門傳感器/0.01mS聲波傳感器100Hz1KHz1ms光強(qiáng)傳感器/1mmG-M傳感器40000cpm（最大計(jì)數(shù)率）1cpm傳感器和數(shù)據(jù)采集器（2）數(shù)據(jù)采集器：把實(shí)驗(yàn)中用傳感器采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞給計(jì)算機(jī)。DIS數(shù)據(jù)采集器采用四路并行輸入，可同時(shí)接插四種傳感器。（3）計(jì)算機(jī)（裝有實(shí)驗(yàn)軟件包）：通過實(shí)驗(yàn)軟件包中的教材專用軟件和教材通用軟件，以數(shù)值顯示、圖表、曲線等各種方式表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)公式計(jì)算、曲線猜想與擬合等各種分析與處理。2、DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖：計(jì) 算 機(jī)數(shù) 據(jù) 采 集 器傳 感 器計(jì) 算 機(jī)數(shù) 據(jù) 采 集 器傳 感 器教材專用軟件教材通用軟件力傳感器聲傳感器溫度傳感器壓強(qiáng)傳感器位移傳感器電流傳感器電壓傳感器微電流傳感器磁感強(qiáng)度傳感器光電門傳感器光強(qiáng)傳感器G-M傳感器DIS系統(tǒng)構(gòu)成3、傳感器使用方法簡介： （1）電流傳感器：使用方法與電流表類似，使用時(shí)把電流傳感器串聯(lián)在電路中。如果待測(cè)電流從電流傳感器的紅色線流入，黑色線流出，顯示的數(shù)值為正數(shù)；如果反接，顯示的數(shù)值為負(fù)數(shù)。（2）微電流傳感器：一般用于定性觀察實(shí)驗(yàn)，其使用方法與電流傳感器類似。（3）電壓傳感器：使用方法與電壓表類似，使用時(shí)把電壓傳感器并聯(lián)在電路中。如果電壓傳感器的紅色線接到電路的高電位端，黑色線接到低電位端，顯示的數(shù)值為正數(shù)。如果反接，顯示的數(shù)值為負(fù)數(shù)。（4）壓強(qiáng)傳感器：用于測(cè)量氣體壓強(qiáng)，其讀數(shù)為絕對(duì)壓強(qiáng)值，無需通過大氣壓加以換算。使用時(shí)應(yīng)保證被測(cè)氣體容器與壓強(qiáng)傳感器前端的軟管連接緊密。（5）溫度傳感器：使用方法類似溫度計(jì)，其溫度敏感元件置于傳感器金屬探針的頂端，使用時(shí)要讓被測(cè)物體與此處充分接觸。（6）聲傳感器：聲傳感器的敏感器件置于傳感器前端，使用時(shí)要將其對(duì)準(zhǔn)聲源。（7）位移傳感器：由超聲波發(fā)射模塊和接收模塊兩部分構(gòu)成。使用時(shí)將位移接收模塊與數(shù)據(jù)采集器連接，位移發(fā)射模塊與運(yùn)動(dòng)物體固定在一起，或直接將其作為運(yùn)動(dòng)物體（如振子、落體等）使用。（8）力傳感器：既可測(cè)量拉力，又可測(cè)量壓力。軟件中規(guī)定：拉力的示數(shù)為正值，壓力示數(shù)為負(fù)值。（9）磁傳感器：磁傳感器探管前端內(nèi)置磁敏元件，使用時(shí)需接入數(shù)據(jù)采集器預(yù)熱幾分鐘，待讀數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。軟件規(guī)定：當(dāng)傳感器的探管指向被測(cè)磁場的S極，即磁感線經(jīng)傳感器從探管頂端處穿出時(shí)，測(cè)量值呈正值；當(dāng)傳感器的探管指向被測(cè)