上海地區(qū)上教版高一物理必修1 教案D現(xiàn)代實驗技術數(shù)字化信息系統(tǒng)DIS

1、第一章 D 現(xiàn)代實驗技術數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）一.教學任務分析數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）應用傳感器和數(shù)據(jù)采集器自動獲取和輸入實驗數(shù)據(jù)，通過計算機的快速處理得到實驗的結(jié)果，提高了教學效率，使學生可以有更多的時間用于自主探究活動，改變傳統(tǒng)的教學模式。學習本節(jié)內(nèi)容所需準備的知識和技能主要有：（1）勻速直線運動物體的圖像描述；（2）位移、速度的概念；（3）長度的測量。通過實例（利用傳統(tǒng)測量工具測量長度）的測量和討論，感受引入DIS的優(yōu)點。結(jié)合“練習使用DIS”實驗，了解DIS的構(gòu)成和使用方法，并練習測定位移傳感器的測量范圍，歸納得出測量的三個組成部分。通過“用DIS測量運動物體的位移和速度”實驗，初步

2、學會用圖像描述和研究物體的運動規(guī)律，進一步理解s-t圖像和v-t圖像的物理意義。二教學目標1知識與技能（1）知道物理測量的三個組成部分。（2）知道DIS的含義、構(gòu)成和使用方法。（3）初步學會組裝DIS，用DIS獲取實驗數(shù)據(jù)、處理數(shù)據(jù)和得出實驗圖像。（4）進一步理解勻速直線運動物體的s t圖像和v t圖像的物理意義。2過程與方法（1）通過對DIS實驗數(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)律的科學方法和基本過程。（2）通過對傳統(tǒng)儀器與DIS測量物理量過程的類比研究，認識物理實驗的一般過程和方法。（3）通過應用DIS對幾種直線運動情況的實驗研究，感受圖像法是分析和研究物理

3、問題的有效方法之一。3情感、態(tài)度與價值觀（1）通過對傳統(tǒng)實驗儀器與DIS傳感器測量物理量過程的對比，體驗數(shù)字化、信息化技術帶來的革命性的變化，提高學習興趣和探究欲望。（2）通過應用DIS對物體運動情況的實驗研究，感悟物質(zhì)運動的多樣性與復雜性，建立團結(jié)協(xié)作的意識，養(yǎng)成實事求是的科學態(tài)度。三、教學重點和難點重點：熟悉DIS的構(gòu)成和使用方法。難點：用DIS測量勻速直線運動物體的位移和速度。四、教學資源1、學生實驗器材：米尺，三角尺（或直尺），皮尺（或卷尺），計算器；DIS（位移傳感器，數(shù)據(jù)采集器、計算機等）及配套的力學軌道，小車。2、演示實驗器材：DIS（位移傳感器，數(shù)據(jù)采集器、計算機等）及配套力學

4、軌道，小車。3、自制課件。五、教學設計思路本設計的內(nèi)容包括三個方面：一是數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）的介紹；二是練習使用DIS；三是用DIS測量運動物體的位移和速度。本設計的基本思路是：以生活實際和實驗為基礎，通過對傳統(tǒng)實驗儀器和DIS傳感器測量物理量的比較，使學生對DIS的構(gòu)成、使用方法有感性認識和實踐體驗；在此基礎上利用DIS位移傳感器進一步探究勻速直線運動物體的s-t圖像和v-t圖像的物理意義，并求出運動物體的速度。本設計要突出的重點是：熟悉DIS的構(gòu)成和使用方法。方法是：通過提出“如何測量物理教科書體積，實驗桌面積，教室內(nèi)地面面積及運動物體在某段時間內(nèi)位移”等問題創(chuàng)設情景，讓學生通過分組實

5、驗分析討論傳統(tǒng)實驗儀器測量物理量的優(yōu)缺點，引出數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）測量的優(yōu)越性，并介紹DIS的含義、構(gòu)成和實驗框圖；然后通過“練習使用DIS”分組實驗，使學生熟悉DIS的構(gòu)成和使用方法，并通過“大家談”形式進行類比，得出物理測量的三個組成部分。本設計要突破的難點是：用DIS測量勻速直線運動物體的位移和速度。方法是：以作勻速直線運動的物體為例，運用DIS的數(shù)據(jù)采集、列表、作圖、擬合功能，實時得出運動物體的s-t圖像和v-t圖像，并從中求出運動物體的速度。本設計重視物理量測量的基本過程，重視培養(yǎng)學生的實驗技能，提高學生的實驗素養(yǎng)。完成本設計的教學任務需2課時。六、教學流程活動IIIDIS實驗2

6、活動IV小結(jié)歸納問題設計方案DIS實驗系統(tǒng)框圖活動IDIS實驗1活動II大家談情景實驗1設問11教學流程圖2、流程圖說明情景 實驗1和設問1通過分組實驗，以“用傳統(tǒng)實驗儀器測量物理教科書體積，實驗桌面積，教室內(nèi)地面面積及運動物體在某段時間內(nèi)的位移”創(chuàng)設情景提出問題，隨后讓學生交流用傳統(tǒng)測量工具測量物理量的體會?；顒覫和活動II DIS實驗1和大家談通過“練習使用DIS”學生實驗，使學生熟悉DIS的構(gòu)成和使用方法，并通過“大家談”的形式，通過類比得出物理測量的三個組成部分?；顒覫II DIS實驗2通過“用DIS測量運動物體的位移和速度”實驗，使學生初步學會數(shù)據(jù)采集，列表，作圖、擬合、轉(zhuǎn)換等實驗技

7、能，理解勻速直線運動物體s-t圖像和v-t圖像的物理意義。活動IV 小結(jié)歸納通過“大家談”的形式讓學生談談本節(jié)課的收獲和體會，由師生共同歸納得出DIS實驗“實時、定量、快速、直觀”的特點，并進一步指出傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗的整合代表了新物理實驗改革的方向；問題 設計方案通過設置課后思考題，進一步引導學生進行拓展聯(lián)想，鼓勵學生利用DIS在課外進行進一步的探究和創(chuàng)新，實現(xiàn)“帶著問題進課堂、帶著問題出課堂”的教學設計意圖。七、教學案例（一）創(chuàng)設情景，提出問題學生分組實驗1、一本物理教科書的體積有多大？實驗桌的面積有多大？教室內(nèi)的地面面積是多少，請同學們動手測量一下？2、讓一位同學手持卷尺的一端做直線運

8、動（單向或雙向運動都可），請另一位同學通過卷尺刻度測出某段時間內(nèi)該位同學運動的位移？設問：用傳統(tǒng)測量工具測量物理量的體會是什么？小結(jié)：用刻度尺測量距離靠人眼觀察、手工記錄，操作耗時費力，測量精度較低，效率不高，實時測量有一定的困難。中學物理課程中引入了數(shù)字化信息系統(tǒng)（簡稱DIS），給物理量的測量帶來了革命性的變化，下面簡單介紹如何用現(xiàn)代技術手段做物理實驗。（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)代信息技術進行實驗研究，我們稱做DIS實驗。2、DIS：是Digital Information System La

9、boratory的縮寫，意為數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室，是由“傳感器數(shù)據(jù)采集器計算機（裝有實驗軟件包）”構(gòu)成的新型實驗系統(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）實驗探究，操作應用應用示例1：練習使用DISl 實驗目的：熟悉DIS的使用方法l 實驗器材：DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等）；刻度尺。l 實驗裝置：如圖l 實驗步驟：（供參考）（1）將位移傳感器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與計算機相連構(gòu)成DIS實驗系統(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，點擊實驗條目上的“練習使用DIS位移傳感器”。（3）將位移傳感器的發(fā)射器與接收器相對

10、放置，點擊開始記錄，觀察計算機界面上的數(shù)據(jù)變化，并與刻度尺的測量結(jié)果進行比較。（4）改變接收器和發(fā)射器的相對位置，測量其可測的最大、最小距離和角度范圍如圖，并將實驗結(jié)果填入表格中。發(fā)射器接收器實驗記錄：位移傳感器的測量范圍最大距離（cm）最小范圍（cm）測量角度范圍（）l 大家談：用刻度尺和DIS位移傳感器測量距離有何不同和相同的地方？相同處：任何測量都有三個組成部分。探測器記錄，處理和顯示被測對象不同處：傳統(tǒng)實驗儀器精度較低、誤差較大、可重復性較差。DIS具備“實時實驗”功能，數(shù)據(jù)采集、處理和分析都由計算機完成，測量時間省、精度高，誤差小，傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗的整合代表了新物理實驗改革的方向

11、。（四）知識遷移，學以致用前面我們已經(jīng)學過勻速直線運動物體的s-t圖像和v-t圖像，今天我們就用DIS來研究勻速直線運動物體的運動情況，進一步理解這兩個圖像。應用示例2：用DIS測定運動物體的位移和速度l 實驗目的：研究勻速直線運動物體的s-t圖像和v-t圖像，并從中求出物體運動的速度。l 實驗器材：DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機等）、DIS配套力學軌道、小車。l 實驗裝置：研究勻速直線運動裝置圖l 實驗步驟：（供參考）（1）將位移傳感器的發(fā)射器固定在小車上，接收器固定在力學軌道右端（軌道稍傾斜，使小車能做勻速直線運動），將接收器與數(shù)據(jù)采集器相連，數(shù)據(jù)采集器與計算機相連，構(gòu)成DIS實驗

12、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，點擊實驗條目上的“測量運動物體的位移和速度”，屏上將出現(xiàn)“位移時間”坐標。（3）點擊“開始記錄”，將小車放到軌道上，令其滑下。數(shù)據(jù)采集完成，點擊“停止記錄”，獲得位移時間圖像，從點的走向可以大致看出小車位移隨時間變化的規(guī)律。（4）拖動滾動條，將對應小車運動狀態(tài)的s-t圖像置于顯示區(qū)域中間，點擊“擬合”，得出位移隨時間變化的曲線。（5）點擊“選擇區(qū)域按鈕，在s-t圖像上選擇研究區(qū)域。點擊鼠標確定研究區(qū)域的“開始點”；再次點擊，以確定研究區(qū)域的“結(jié)束點。此時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

13、初位移、末位移、時間差、速度的值。（6）點擊“v-t圖像，觀察研究區(qū)域內(nèi)s-t圖像對應的v-t圖線。l 大家談：如果實驗得到的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動，應調(diào)節(jié)力學軌道的傾斜度重做實驗。（五）小結(jié)歸納，理清思路讓學生談談本節(jié)課的收獲（包括知識性的、能力性的、興趣等方面）。（略）（六）拓展聯(lián)想、課外探究l 你還了解哪些現(xiàn)代測量工具替代傳統(tǒng)的測量工具的實例？l 設計方案：DIS位移傳感器在哪個測量范圍內(nèi)數(shù)值較為精確？l 設計方案：如何用DIS位移傳感器測出書本的體積，實驗桌的面積？l 設計方案：尋找其他作勻速直線運動的物體，或者自己制造一

14、個可能的勻速直線運動，然后用DIS加以檢驗，看是不是勻速直線運動并測出速度大??？l 設計方案：運用DIS研究以下物體的運動sS0tsSt0sSt0tsSt0sS0tttsS0ttsS0t附錄：1、DIS的構(gòu)成（以DISLabV5.0為例）（1）傳感器：把實驗中測量的各種物理量轉(zhuǎn)換成標準的電信號，并把這些信號傳遞給數(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壓強傳感器0300kPa0.1 kPa力傳感器20N/10N0.1N磁感應強度傳感器15mT0.1

15、mT位移傳感器0200cm1mm光電門傳感器/0.01mS聲波傳感器100Hz1KHz1ms光強傳感器/1mmG-M傳感器40000cpm（最大計數(shù)率）1cpm傳感器和數(shù)據(jù)采集器（2）數(shù)據(jù)采集器：把實驗中用傳感器采集到的電信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號并傳遞給計算機。DIS數(shù)據(jù)采集器采用四路并行輸入，可同時接插四種傳感器。（3）計算機（裝有實驗軟件包）：通過實驗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)實驗數(shù)據(jù)，并可根據(jù)要求對實驗數(shù)據(jù)進行數(shù)據(jù)統(tǒng)計、數(shù)據(jù)公式計算、曲線猜想與擬合等各種分析與處理。2、DIS實驗系統(tǒng)框圖：計 算 機數(shù) 據(jù) 采 集 器傳 感 器計 算 機數(shù) 據(jù) 采

16、 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度傳感器光電門傳感器光強傳感器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，使用時把電流傳感器串聯(lián)在電路中。如果待測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)值為負數(shù)。（2）微電流傳感器：一般用于定性觀察實驗，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

17、果反接，顯示的數(shù)值為負數(shù)。（4）壓強傳感器：用于測量氣體壓強，其讀數(shù)為絕對壓強值，無需通過大氣壓加以換算。使用時應保證被測氣體容器與壓強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，其溫度敏感元件置于傳感器金屬探針的頂端，使用時要讓被測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，使用時要將其對準聲源。（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)射模塊與運動物體固定在一起，或直接將其作為運動物體（如振子、落體等）使用。（8）力傳感器：既可測量拉力，又可測量壓力。軟件中規(guī)定：拉力的示數(shù)為正值，壓力示數(shù)為負值。（9）磁傳感器：磁傳感器探管前端內(nèi)置磁敏元件，使用時需接入數(shù)據(jù)采集器預熱幾分鐘，待讀數(shù)穩(wěn)定后