高中物理數字化實驗教學的二個實例探索

吳玉霞

【摘 要】數字化物理實驗系統已經出現，教師應緊跟時代發展，掌握現代化測量技術，不斷提高數字化實驗能力。

【關鍵詞】數字化物理實驗；DIS軟件

在科技飛速發展的今天，數字化物理實驗已進入高中物理教學領域。我校于2015年9月引入數字化實驗系統，在實際教學中，我們經歷了從陌生到熟悉，再從熟悉到應用自如的過程。深刻體會到學無止境，只有不斷努力，才能跟上時代發展的步伐。我們在工作中針對數字化物理實驗時遇到的問題和困難所在，即不會操作實驗入手，一步一步，循序漸進。先進行所有實驗器材與電腦的連接，然后主攻數字化實驗操作軟件。因為數字化物理實驗需要與電腦連接完成實驗，而電腦中完成實驗的是專門的數字化實驗系統軟件，即DIS實驗軟件。所以只有完全掌握好DIS教學軟件，才能完成物理數字化實驗。這正是數字化物理實驗的重點和難點所在。下面從電學和力學的二個教學實例來說明我們是如何開展數字化物理實驗的。

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的制作傳感器的元器件。傳感器能感受光、熱等非電學量，并能把它們按照一定的規律轉換為電壓、電流等電學量，廣泛應用于我們的生活中。此實驗可幫助學生加深對傳感器的理解。引導學生接觸高科技領城。實驗電路圖如下所示：

（1）教學中首先把電學實驗板、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據線接入數據采集器，通過數據采集器的數據線接入計算機的USB接口。

（2）雙擊打開實驗系統軟件DIS，選擇教材通用軟件，點擊新建實驗進入實驗平臺。進入實驗平臺后，首先觀察DIS軟件中左上方四個數據采集器通道是否顯示已接電流和電壓傳感器。若顯示接入則繼續實驗；若沒連入，則需要檢查所有接入計算機的數據線是否接觸良好；直至數據采集器通道顯示無誤，方可進入實驗環節。

（3）單擊“新建活頁夾”圖標，打開“模板選擇”對話框，選擇模板3圖標。此時在顯示屏幕的主體部分分別顯示左右兩個分別獨立的坐標圖。然后再點擊“圖線編輯”對話框。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間，y軸選擇電壓，在顏色下拉菜單中選擇任一顏色（如藍色），點擊增加。同理設置右邊的坐標圖：點擊“圖線編輯”對話框，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不同的顏色（如紅色），以達到區別電壓和電流的目的，再點擊增加。然后設置實驗時間為“10秒”，采集間隔“1.25毫秒”。

（4）傳感器校準。①將電壓傳感器紅黑鱷魚夾短接，點擊傳感器設置區域傳感器校準按扭，彈出校準對話框，選擇對應通道的“電壓傳感器”；點擊“校準”按扭彈出對話框，待左下角數值穩定后在“真實值”一欄中輸入“0”點擊“校準”“確定”，最后再次點擊“確定”即可。②用同樣方法校準電流傳感器。

（5）點擊“退出”按扭，退出校準界面，完成后將傳感器重新接入實驗電路板接線柱。

（6）開關撥至光敏電阻一側，點擊實驗“開始”按扭，采集數據，同時打開手電筒照射光敏電阻，片刻之后關閉手電筒。數據采集完成后，點擊“結束”采集按扭。實驗結果如下圖所示：

電流的圖像與電壓圖像正好相反，即電壓增大時電流減小。

（7）重新開始實驗，開關撥至熱敏電阻一側，點擊實驗“開始”按扭，采集數據。同時用火柴燒熱敏電阻片刻之后，熄滅火柴。數據采集完成后，點擊“結束”采集按扭。實驗結果與光敏電阻實驗近似，圖像也類似。即電壓增大時，電流減小。

二、探究加速度與拉力和質量的關系

1.實驗過程如下所示

本實驗裝置與傳統實驗裝置類似，但還是有許多不同。不同之處是在導軌旁安裝固定了兩個光電門傳感器，并把光電門傳感器與數據采集器連接，數據采集器再與計算機USB接口連接。在小車運動過程中，用單擋板擋光后，采集實驗數據。

2.先探究a與F的關系

（1）打開實驗系統軟件DlS，選擇教材通用軟件，點擊新建實驗平臺，進入實驗平臺后，首先觀察DIS軟件中左上方四個數據采集器通道是否顯示已接兩個光電門傳感器。若顯示接入則繼續實驗；若沒連入，則需要檢查所有接入計算機的數據線是否接觸良好；直至數據采集器通道顯示無誤，進入實驗環節。然后再點擊“新建活頁夾”圖標，選擇其中最后一個模板，即顯示窗口的左側為實驗數據，右側是一個坐標圖的模板。

（2）點擊光電門設置按扭，對光電門進行如下設置：①選擇實驗類型為直線運動，測量方式A到B，點擊下一步；②選擇光電門A為固定在導軌上端的光電門通道，選擇光電門B為固定在導軌下端的光電門通道，點擊確定；③選擇被測物理量為加速度，擋光類型為單擋板，點擊下一步；④光電門觸發采集選擇加速度，單擋板的寬為2cm，點擊完成；

（3）點擊公式編輯變量按扭，編輯變量和公式：①增加變量名m，名稱質量，點擊增加；②增加變量名F，名稱拉力，公式m×9.8，點擊完成。

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

（5）在繩的一端增加一個鉤子，每添加一次重物（即每次增加2克），點擊手動測量按扭記錄一次數據，采集足夠的數據后點擊停止按扭，結束數據采集。

（6）實驗結束后在數據表m列輸入相應的質量數值。

（7）實驗結果較為理想，圖像與教科書一致。

3.再探究a與m的關系

與a與F實驗操作過程類似，只是增加變量名不同。增加的是m和1/m。實驗結果與教科書一致。

通過以上二個教學實例，與傳統物理實驗相比，數字化物理實驗在實驗數據的采集與處理方面，都優于傳統物理實驗；同時對教師的實驗技能也提出更高的要求。以前傳統的教科書中沒有傳感器實驗，現在的教科書中有大量的傳感器實驗。而這些實驗都需要數字化實驗系統來完成。所以，不斷努力，掌握現代化的測量技術，是時代的發展要求，也是物理教師的必備技能。淺談二個數字化物理實驗操作過程，愿與大家共勉。

參考文獻：

[1]《中小學實驗與裝備》，2016年第1期.