DISLab驗(yàn)證液壓千斤頂 原理

陳劍峰

摘 要：引入“帕斯卡原理”時(shí)教師通常會(huì)采用理論推導(dǎo)得出結(jié)論，學(xué)生缺乏感知，不易接受，以至于死記硬背結(jié)論，課堂效果差。在演示實(shí)驗(yàn)與理論教學(xué)的配合過(guò)程中，結(jié)合學(xué)生實(shí)際情況，利用DISlab數(shù)字化信息系統(tǒng)這個(gè)平臺(tái)，針對(duì)以上不足進(jìn)行改進(jìn)，解決了傳統(tǒng)彈簧測(cè)力計(jì)所不能測(cè)量壓力的問(wèn)題。精確且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集實(shí)驗(yàn)信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示圖像信息 [1 ]，改變“老師灌輸、同學(xué)死記硬背公式”的現(xiàn)狀，彌補(bǔ)課本和實(shí)驗(yàn)配套的不足。

關(guān)鍵詞：帕斯卡原理；DISlab數(shù)字化信息系統(tǒng)；力傳感器；注射器

1 引入“帕斯卡原理”兩現(xiàn)狀

引入“帕斯卡原理”時(shí)教師通常會(huì)采用理論推導(dǎo)得出結(jié)論，學(xué)生缺乏感知，不易接受，以至于死記硬背結(jié)論，課堂效果差。有的是利用自制儀器：用一個(gè)重量比活塞與注射器管壁之間的摩擦力大的砝碼壓在小注射器上，用磅秤測(cè)量在擠壓大注射器時(shí)所施加的壓力，從測(cè)到的數(shù)值中減去液體加上活塞的重量，驗(yàn)證一下帕斯卡原理。操作難道大，臺(tái)秤讀數(shù)誤差大，若要多次測(cè)量疊加砝碼有一定的難度 [2 ]。本人決定對(duì)儀器進(jìn)行改進(jìn)，解決以上不足。

2 目的和思路

2.1 設(shè)計(jì)目的

解決傳統(tǒng)彈簧測(cè)力計(jì)不能測(cè)量壓力及誤差較大等問(wèn)題。改變“老師灌輸、同學(xué)死記硬背公式”的現(xiàn)狀，利用實(shí)驗(yàn)探究精確得出結(jié)論，彌補(bǔ)課本和實(shí)驗(yàn)配套的不足。

2.2 設(shè)計(jì)思路

小缸的活塞面積為S1，壓力為F1；大缸的活塞面積為S2，負(fù)載力為F2；若S1/S2=F1/F2， 則P=F1/S1=F2/S2 。

2.3 DISLab簡(jiǎn)介

DISLab是英文Digital Information System Laboratoryd的縮寫，意為“數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室”。它是利用多媒體信息技術(shù)輔助實(shí)驗(yàn)教學(xué)的軟硬件一體化的教學(xué)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。主要包括數(shù)據(jù)采集器、多種教學(xué)專用傳感器以及安裝了配套專用軟件的計(jì)算機(jī)。傳感器用來(lái)快速、高精度地實(shí)時(shí)采集實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并將其轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)傳輸給數(shù)據(jù)采集器；數(shù)據(jù)采集器是連接傳感器和計(jì)算機(jī)的橋梁，是整個(gè)系統(tǒng)的核心，對(duì)傳感器傳輸?shù)碾娦盘?hào)進(jìn)行數(shù)/模轉(zhuǎn)換和數(shù)據(jù)分析，然后將結(jié)果傳輸給計(jì)算機(jī)進(jìn)行顯示和實(shí)時(shí)處理 [3 ]。

3 科學(xué)方法和原理

從理論到實(shí)踐，以帕斯卡原理引導(dǎo)儀器的設(shè)計(jì)和制作；再?gòu)膶?shí)踐到理論，以設(shè)計(jì)制作的儀器探究和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證千斤頂原理（帕斯卡原理）。利用數(shù)學(xué)化信息技術(shù)對(duì)表格、圖像進(jìn)行處理。

4 實(shí)驗(yàn)過(guò)程

4.1 實(shí)驗(yàn)主器材

朗威DISLab、計(jì)算機(jī)、鐵架臺(tái)及配件、注射器2只（1ml和10ml）、點(diǎn)滴導(dǎo)管、力傳感器1對(duì)、支架及螺絲、刻度尺等。

4.2 整體系統(tǒng)圖（如圖1、圖2）

4.3 操作步驟

（1）兩注射器吸適量水后，用點(diǎn)滴管連接。

（2）利用鐵架臺(tái)及配件，固定好大小注射器。（如圖3）

（3）將力傳感器分別接入數(shù)據(jù)采集器1、2通道，選擇“通用軟件”，將力傳感器調(diào)零，創(chuàng)建表格。選擇適當(dāng)?shù)牟蓸訒r(shí)間間隔，點(diǎn)擊“開始”，實(shí)驗(yàn)記錄數(shù)據(jù)。

（4）實(shí)驗(yàn)結(jié)束，選擇有效數(shù)據(jù)，繪圖，線性擬合，如圖4。

（5）用刻度尺測(cè)大注射器10ml的總長(zhǎng)度及小注射器1ml的總長(zhǎng)度，計(jì)算出S1/S2 。

（6）得出結(jié)論并評(píng)估。

4.5 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

分析：小注射器V1=1 ml，長(zhǎng)度為L(zhǎng)1=6cm， 由V=S·H得，S1=V1/L1 =1ml/6cm。

同理可得S2=V2/L2=10ml/6cm。

兩受力面面積之比為：S2/S1=10。

圖5為F1與F2的變化圖像，通過(guò)擬合，得出圖5公式：y=10.3342x+0.02，在誤差允許范圍內(nèi)F2/F1=10.3，

即：S1/S2=F1/F2 ？壢F1/S1=F2/S2 。

由此驗(yàn)證了液壓千斤頂?shù)脑恚篜=F1/S1=F2/S2 。

5 創(chuàng)新點(diǎn)

與國(guó)內(nèi)外同類項(xiàng)目相比 ，本探究具有：全面探究、直觀易懂、定量精確、操作簡(jiǎn)便。測(cè)量力的儀器選擇DIS力傳感器，解決了傳統(tǒng)彈簧測(cè)力計(jì)所不能測(cè)量壓力的問(wèn)題。精確且實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)地采集實(shí)驗(yàn)信息，并實(shí)現(xiàn)數(shù)字化顯示圖像信息，改變“老師灌輸、同學(xué)死記硬背公式”的現(xiàn)狀，彌補(bǔ)課本和實(shí)驗(yàn)配套的不足。

參考文獻(xiàn)：

[1] 趙春然，朱孟正.數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)DISLab與傳統(tǒng)演示實(shí)驗(yàn)對(duì)比研究[J].高師理科學(xué)刊，2011，31（1）：94-96.

[2] 滕玉伏，梁蘭英，蘇福河等.簡(jiǎn)介“科學(xué)探究帕斯卡原理”[J].實(shí)驗(yàn)教學(xué)與儀器， 2009，26（5）：27-28.

[3] 紀(jì)為民.DISLab對(duì)中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)的幫助[J].中國(guó)現(xiàn)代教育裝備，2011（14）：39-40.