數(shù)字化物理實驗演示名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎市公開課獲獎?wù)n件

DIS試驗

演示與操作上海市中小學(xué)數(shù)字化試驗系統(tǒng)研發(fā)中心山東省遠(yuǎn)大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限企業(yè)

趙愷第1頁1、運動物體位移、速度、加速度2、牛頓第二定律3、平拋運動4、小燈泡伏安特征曲線5、通電螺線管磁場分布6、電容充放電7、電源電動勢和內(nèi)阻8、動量定理（變力）9、法拉第電磁感應(yīng)定律（切割）10、法拉第電磁感應(yīng)定律（感應(yīng)）11、安培力12、向心力研究實驗列表第2頁1、測定位移、速度和加速度第3頁車輪置于導(dǎo)槽內(nèi)第4頁第5頁銅螺母置于導(dǎo)向槽內(nèi)第6頁力學(xué)軌道系統(tǒng)可應(yīng)用于運動物體平均速度測量等試驗第7頁第8頁研究變速直線運動s－t圖

位移傳感器發(fā)射器固定在小車上，接收器固定在軌道一端。發(fā)射器接收器連接采集器導(dǎo)軌小車位移傳感器采集器連接計算機第9頁位移傳感器發(fā)射器接收器傳感器作用：測量小車運動距離。試驗完成，注意關(guān)閉電源。連接采集器電源開關(guān)第10頁注意：1、手不要進入發(fā)射器與接收器之間，以免影響信號傳輸。2、各組試驗可能會有干擾。3、防止氣流擾動（空調(diào)、電風(fēng)扇、氣墊導(dǎo)軌等）。第11頁接入傳感器后，自動彈出該傳感器對應(yīng)窗口。傳感器窗口標(biāo)題欄顯示出了該傳感器所屬數(shù)據(jù)通道序號、類別、物理量量程及單位

第12頁點擊進入組合圖線窗口第13頁第14頁第15頁點擊選擇區(qū)域按鍵，選擇有效區(qū)域點擊擬合按鍵，選擇擬合方程點擊選擇圖線2點擊其它處理，選擇求導(dǎo)點擊擬合，選擇線性擬合經(jīng)過擬合圖線方程讀出斜率，即加速度a第16頁2、牛頓第二定律利用計算機繪制a-F圖和a-M圖線第17頁經(jīng)過從V-t圖求加速度試驗平衡摩擦力第18頁黃色區(qū)域：手工輸入F、M白色區(qū)域：計算機自動統(tǒng)計加速度值第19頁1、研究加速度與外力關(guān)系釋放小車得到

v－t圖

手工輸入外力F質(zhì)量M（包含全部部件）手工輸入質(zhì)量M第20頁得到第一組數(shù)據(jù)選擇區(qū)域得到第1組數(shù)據(jù)計算機自動輸入第21頁改變外力，得到第二組數(shù)據(jù)保持小車質(zhì)量不變，屢次改變外力得到第2組數(shù)據(jù)第22頁改變外力，得到第三組數(shù)據(jù)第3組數(shù)據(jù)改變外力第23頁改變外力，得到第四組數(shù)據(jù)第4組數(shù)據(jù)改變外力第24頁改變外力，得到第五組數(shù)據(jù)第5組數(shù)據(jù)改變外力第25頁改變外力，得到第六組數(shù)據(jù)第6組數(shù)據(jù)點擊“a－F圖像”改變外力第26頁擬合圖線得到加速度a和外力F圖線

理想試驗結(jié)果：直線應(yīng)該經(jīng)過原點第27頁2、研究加速度與質(zhì)量關(guān)系第1組數(shù)據(jù)第28頁改變質(zhì)量，得到第二組數(shù)據(jù)保持外力不變，屢次改變小車質(zhì)量，得到第2組數(shù)據(jù)外力不變第29頁改變質(zhì)量，得到第三組數(shù)據(jù)第3組數(shù)據(jù)第30頁改變質(zhì)量，得到第四組數(shù)據(jù)第4組數(shù)據(jù)第31頁改變質(zhì)量，得到第五組數(shù)據(jù)第5組數(shù)據(jù)點擊“a－M圖像”第32頁擬合圖線得到加速度a與質(zhì)量M圖線

點擊“a－1／M圖像”這是一條曲線，為了直觀地分析，能夠取倒數(shù)，“化曲為直”。點擊“a－1/M圖像”按鈕，得到a－1/M圖線。第33頁擬合圖線得到加速度a與質(zhì)量M倒數(shù)成正比

圖線

理想試驗結(jié)果：直線應(yīng)該經(jīng)過原點第34頁第35頁3、平拋運動平拋運動試驗器二維平拋運動試驗器第36頁壓電陶瓷片d試驗特色：經(jīng)過測量小球初速度、飛行時間、落地距離等數(shù)據(jù)研究平拋運動平拋運動光電門第37頁二維運動試驗系統(tǒng)特色：能夠?qū)崟r描繪運動物體軌跡能夠?qū)崟r統(tǒng)計下運動物體在平面坐標(biāo)系內(nèi)坐標(biāo)能夠?qū)ψ鴺?biāo)值進行數(shù)據(jù)處理，數(shù)學(xué)分析，完成試驗教學(xué)第38頁發(fā)射器

接收器

二維運動傳感器按固定間隔，發(fā)射超聲波信號。接收頭R1接收頭R2同時接收超聲波信號第39頁分別測量發(fā)射器到兩個接收頭R1

、R2距離L1、L2。R2（x2，y2）R1（x1，y1）L2L1發(fā)射器T（x，y）接收器

YX0L12=(X－X1)2+(Y－Y1)2L22=(X－X2)2+(Y－Y2)2

三角定位算法第40頁二維運動傳感器發(fā)射器

接收器

第41頁實測圖像對應(yīng)試驗數(shù)據(jù)改變采集頻率第42頁點擊Y，顯示豎直方向分運動點擊X，顯示水平方向分運動二次函數(shù)擬合第43頁求加速度第44頁第45頁4、小燈泡U-I曲線描繪第46頁使用電流、電壓傳感器小燈泡U-I曲線描繪第47頁電路連接滑動電阻器電流傳感器電壓傳感器燈第48頁實驗步驟點擊“開始統(tǒng)計”和“傳感器調(diào)零”。接通電源，點擊“統(tǒng)計數(shù)據(jù)”，將一組電壓、電流值統(tǒng)計在軟件表格中。以適當(dāng)電流間隔，改變小燈泡電流，同時點擊“統(tǒng)計數(shù)據(jù)”，統(tǒng)計不一樣電流以及對應(yīng)電壓值。額定電流較大小燈泡，間隔可對應(yīng)增大。間隔0.02A第49頁點擊“繪圖”，顯示電壓與電流關(guān)系圖線。對應(yīng)小燈泡依次為：6.3V0.15A6.3V0.42A6V5W

點擊“數(shù)據(jù)計算”，計算出小燈泡電阻大小。第50頁通用軟件測U–I曲線UIR0.400.182.221.200.343.531.600.384.212.400.445.453.200.506.404.000.557.274.800.608.00電阻值隨電壓升高而增大UI第51頁試驗中怪現(xiàn)象電壓

電流

？快速撥動滑動變阻器，瞬間改變電路電流。第52頁分別顯示電壓、電流電壓

電流

浪涌電流

怎樣形成？

產(chǎn)生浪涌電流原因：燈絲冷電阻很小，當(dāng)電壓瞬間升高時，燈絲升溫需要有一個過程，在這一瞬間經(jīng)過燈絲電流很大，這就是浪涌電流；隨即燈絲溫度急劇上升，電阻增大，電流也對應(yīng)回落。浪涌電流對電燈有害。第53頁尋找形成原因

燈絲電壓（電阻增大，電壓上升）燈絲電流（電阻增大，電流下降）電壓電流

ABCABC（若電阻不變）（若電阻不變）第54頁小燈瞬間點亮，對燈絲沖擊

利用三個界面，同時觀察物理量改變過程。第55頁5、觀察電容充放電現(xiàn)象學(xué)生電源電壓傳感器off多量程電流傳感器20mA第56頁點擊下拉菜單，選擇200第57頁撥動開關(guān)第58頁6、研究通電螺線管磁感應(yīng)強度第59頁10ΩU＜6V實驗裝置磁傳感器傳感器作用：測量磁場強度螺線管串接10Ω電阻器接入穩(wěn)定直流電源（電壓小于6V）。傳感器使用前需預(yù)熱3分鐘。

第60頁調(diào)整電源正負(fù)極，使磁傳感器讀數(shù)為正值。磁感強度測量值人工輸入：測量距離螺線管不通電情況下，傳感器調(diào)零。第61頁傳感器“0”刻度線與螺線管對齊。以每次0.5厘米間隔推入螺線管內(nèi)部，并點擊“統(tǒng)計數(shù)據(jù)”。試驗步驟螺線管磁傳感器第62頁點擊“繪圖”，顯示螺線管內(nèi)部磁場強度分布圖線。均勻磁場第63頁不關(guān)鍵點擊“清屏”。去除表格中全部數(shù)據(jù)，重新試驗，可得到另一條圖線。6V電壓

3V電壓

線圈匝數(shù)不變，不一樣電壓所對應(yīng)磁感強度。間隔為1厘米，圖線不圓滑。第64頁使用螺線管中心抽頭，研究電流不變(0.5A)時，不一樣匝數(shù)所對應(yīng)磁感強度。螺線管外側(cè)中心抽頭200匝

100匝

第65頁試驗中注意事項1、串聯(lián)10Ω保護電阻。2、傳感器不要長時間滯留在通電螺線管內(nèi)，以免損壞器件。

霍爾元件通電后會發(fā)燒第66頁7、測定電源電動勢和內(nèi)阻使用電壓、電流傳感器第67頁使用專用軟件y=-0.60x+3.00內(nèi)阻電動勢第68頁使用通用軟件內(nèi)阻:1.47Ω電動勢:2.79V第69頁小車插入2厘米擋光片。調(diào)整力傳感器高度，使其掛鉤與小車彈簧圈位于同一高度。光電門位置：小車擋光結(jié)束后，馬上與掛鉤相碰。8、動量定理力傳感器光電門第70頁試驗界面修改默認(rèn)值第71頁擋光片再次經(jīng)過光電門時，測得v，得到：p，

=mv，點擊“開始統(tǒng)計”推進小車運動。擋光片經(jīng)過光電門時，測得v得到：p=mv實驗過程動量改變量Δp＝（p，－

p）

第72頁點擊“選擇區(qū)域”碰撞后圖線力傳感器測得F－t圖p=mvp，=mv，Δp第73頁對圖線內(nèi)區(qū)域進行積分，得到面積。面積物理含義：沖量I理論值：I＝

Δp

改變小車質(zhì)量、碰撞速度、碰撞介質(zhì)等，對試驗進行深入研究。第74頁9/10、法拉第電磁感應(yīng)智能電源+法拉第電磁感應(yīng)定律試驗器Ⅱ感生感應(yīng)電動勢法拉第電磁感應(yīng)定律試驗器Ⅰ

動生感應(yīng)電動勢第75頁研制裝置由不一樣高度下落，利用光電門測得速度v電壓傳感器測得對應(yīng)電動勢

E圖線顯示

E和

v

正比關(guān)系。第76頁磁鐵線圈擋光片光電門：測量線圈下落速度電壓傳感器：測量電動勢第77頁S試驗過程：電動勢E速度v測量速度同時，導(dǎo)體切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E200匝擋光片光電門電壓傳感器測量感應(yīng)電動勢磁鐵測量下落速度v磁力線1、研究：E=B

l

v第78頁改變線圈下落高度匝數(shù)一定時，屢次改變線圈下落速度，研究電動勢與速度關(guān)系；第79頁S試驗過程：電動勢E速度v磁鐵第80頁試驗顯示：感應(yīng)電動勢與速度成正比200匝2、研究：E=B

l

v第81頁改變匝數(shù)改變線圈匝數(shù)，重復(fù)試驗，完成另兩組測量。比較三組數(shù)據(jù)，研究電動勢與線圈匝數(shù)關(guān)系。改變線圈匝數(shù)第82頁改變線圈匝數(shù)重復(fù)試驗試驗100匝300匝200匝第83頁感應(yīng)電動勢與導(dǎo)體長度關(guān)系試驗顯示：感應(yīng)電動勢與匝數(shù)成正比電動勢之比1：2：3100匝200匝300匝取同一速度E=B

l

v第84頁另一個試驗方法：改變磁感應(yīng)強度，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。ΔBΔt

E∝因為磁通量φ大小無法直接測量，但能夠利用磁傳感器測量磁感應(yīng)強度B。將測量φ改變快慢，轉(zhuǎn)變?yōu)闇y量B改變快慢。這么既不影響對物理本質(zhì)了解，同時又含有可操作性。ΔφΔt

E=研究：研究：第85頁磁感應(yīng)強度感應(yīng)電動勢磁感強度不變電動勢恒定磁感強度均勻增加磁感強度均勻減小電動勢恒定電動勢為0磁感不變?yōu)?磁感應(yīng)強度改變與感應(yīng)電動勢教學(xué)：感應(yīng)電動勢大小與磁感強度改變快慢直接相關(guān)。當(dāng)磁感強度均勻改變時，感應(yīng)電動勢恒定。第86頁改變螺線管中電流螺線管測量磁感應(yīng)強度實時試驗

1：觀察磁場改變

螺線管電流改變時，螺線管內(nèi)部磁感強度也發(fā)生改變。B－t

圖第87頁實時試驗

2：磁感強度均勻改變時，感應(yīng)電動勢恒定。測量磁感應(yīng)強度測量副線圈感應(yīng)電動勢副線圈原線圈調(diào)整電源，改變原線圈磁感應(yīng)強度?？烧{(diào)電源改變原線圈磁感應(yīng)強度。第88頁智能電源法拉第電磁感應(yīng)定律試驗器Ⅱ第89頁電源開關(guān)交直流轉(zhuǎn)換檔電壓輸出接口直流電壓調(diào)整旋鈕交流電壓調(diào)整旋鈕第90頁點擊“模式”按鍵，可選擇輸出梯形波、三角波、斜率連續(xù)改變鋸齒涉及手動改變電壓等模式?？烧{(diào)整輸出電壓信號上升斜率可調(diào)整輸出電壓信號下降斜率點擊“運行”輸出之前選擇波形第91頁正向感應(yīng)電動勢大小恒定t1

t3

t4

t2

實時測量感應(yīng)電動勢反向感應(yīng)電動勢大小恒定電動勢為0磁感不變磁感強度均勻增加磁感強度均勻減小B－t

圖E－t

圖改變磁感強度改變率K，感應(yīng)電動勢E將會怎樣？前后兩段時間B改變大小相同，△t越小，產(chǎn)生E越大。圖線充分說明：感應(yīng)電動勢大小與磁感應(yīng)強度改變快慢相關(guān)。第92頁磁感強度改變率

K

感應(yīng)電動勢EK1

K2

K3

E3

E2

E1

K4

E5

E4

K5

磁感強度改變率

K越大；感應(yīng)電動勢

E也越大；K1＜K2＜K3＜K4

＜K5E1＜E2＜E3＜

E4

＜

E5試驗

3：研究

E

和

關(guān)系ΔBΔt

存在什么關(guān)系？E

和ΔBΔt

K=第93頁電動勢E試驗顯示：感應(yīng)電動勢與磁感應(yīng)強度改變率成正比ΔBΔt

斜率K=研究

E

和

關(guān)系ΔBΔt

ΔBΔt

E∝第94頁FI寬邊

窄邊

11、安培力S力傳感器電流傳感器屢次改變電流

I，測量對應(yīng)

F。第95頁磁場對線圈寬邊作用FI磁場第96頁磁場對線圈窄邊作用第97頁12、向心力研究第98頁力傳感器測量向心力光電門測量旋轉(zhuǎn)速度砝碼第99頁重視試驗前儀器調(diào)整

搖臂砝碼旋轉(zhuǎn)螺栓第100頁原理示意圖砝碼向心力自重