數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)演示名師優(yōu)質(zhì)課賽課一等獎(jiǎng)市公開(kāi)課獲獎(jiǎng)?wù)n件

DIS試驗(yàn)

演示與操作上海市中小學(xué)數(shù)字化試驗(yàn)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(yè)1、運(yùn)動(dòng)物體位移、速度、加速度2、牛頓第二定律3、平拋運(yùn)動(dòng)4、小燈泡伏安特征曲線5、通電螺線管磁場(chǎng)分布6、電容充放電7、電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻8、動(dòng)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(shí)驗(yàn)列表第2頁(yè)1、測(cè)定位移、速度和加速度第3頁(yè)車輪置于導(dǎo)槽內(nèi)第4頁(yè)第5頁(yè)銅螺母置于導(dǎo)向槽內(nèi)第6頁(yè)力學(xué)軌道系統(tǒng)可應(yīng)用于運(yùn)動(dòng)物體平均速度測(cè)量等試驗(yàn)第7頁(yè)第8頁(yè)研究變速直線運(yùn)動(dòng)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(jì)算機(jī)第9頁(yè)位移傳感器發(fā)射器接收器傳感器作用：測(cè)量小車運(yùn)動(dòng)距離。試驗(yàn)完成，注意關(guān)閉電源。連接采集器電源開(kāi)關(guān)第10頁(yè)注意：1、手不要進(jìn)入發(fā)射器與接收器之間，以免影響信號(hào)傳輸。2、各組試驗(yàn)可能會(huì)有干擾。3、防止氣流擾動(dòng)（空調(diào)、電風(fēng)扇、氣墊導(dǎo)軌等）。第11頁(yè)接入傳感器后，自動(dòng)彈出該傳感器對(duì)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(hào)、類別、物理量量程及單位

第12頁(yè)點(diǎn)擊進(jìn)入組合圖線窗口第13頁(yè)第14頁(yè)第15頁(yè)點(diǎn)擊選擇區(qū)域按鍵，選擇有效區(qū)域點(diǎn)擊擬合按鍵，選擇擬合方程點(diǎn)擊選擇圖線2點(diǎn)擊其它處理，選擇求導(dǎo)點(diǎn)擊擬合，選擇線性擬合經(jīng)過(guò)擬合圖線方程讀出斜率，即加速度a第16頁(yè)2、牛頓第二定律利用計(jì)算機(jī)繪制a-F圖和a-M圖線第17頁(yè)經(jīng)過(guò)從V-t圖求加速度試驗(yàn)平衡摩擦力第18頁(yè)黃色區(qū)域：手工輸入F、M白色區(qū)域：計(jì)算機(jī)自動(dòng)統(tǒng)計(jì)加速度值第19頁(yè)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(yè)得到第一組數(shù)據(jù)選擇區(qū)域得到第1組數(shù)據(jù)計(jì)算機(jī)自動(dòng)輸入第21頁(yè)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(yè)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(yè)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(yè)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(yè)改變外力，得到第六組數(shù)據(jù)第6組數(shù)據(jù)點(diǎn)擊“a－F圖像”改變外力第26頁(yè)擬合圖線得到加速度a和外力F圖線

理想試驗(yàn)結(jié)果：直線應(yīng)該經(jīng)過(guò)原點(diǎn)第27頁(yè)2、研究加速度與質(zhì)量關(guān)系第1組數(shù)據(jù)第28頁(yè)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(yè)改變質(zhì)量，得到第三組數(shù)據(jù)第3組數(shù)據(jù)第30頁(yè)改變質(zhì)量，得到第四組數(shù)據(jù)第4組數(shù)據(jù)第31頁(yè)改變質(zhì)量，得到第五組數(shù)據(jù)第5組數(shù)據(jù)點(diǎn)擊“a－M圖像”第32頁(yè)擬合圖線得到加速度a與質(zhì)量M圖線

點(diǎn)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(diǎn)擊“a－1/M圖像”按鈕，得到a－1/M圖線。第33頁(yè)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(yàn)結(jié)果：直線應(yīng)該經(jīng)過(guò)原點(diǎn)第34頁(yè)第35頁(yè)3、平拋運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器二維平拋運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)器第36頁(yè)壓電陶瓷片d試驗(yàn)特色：經(jīng)過(guò)測(cè)量小球初速度、飛行時(shí)間、落地距離等數(shù)據(jù)研究平拋運(yùn)動(dòng)平拋運(yùn)動(dòng)光電門(mén)第37頁(yè)二維運(yùn)動(dòng)試驗(yàn)系統(tǒng)特色：能夠?qū)崟r(shí)描繪運(yùn)動(dòng)物體軌跡能夠?qū)崟r(shí)統(tǒng)計(jì)下運(yùn)動(dòng)物體在平面坐標(biāo)系內(nèi)坐標(biāo)能夠?qū)ψ鴺?biāo)值進(jìn)行數(shù)據(jù)處理，數(shù)學(xué)分析，完成試驗(yàn)教學(xué)第38頁(yè)發(fā)射器

接收器

二維運(yùn)動(dòng)傳感器按固定間隔，發(fā)射超聲波信號(hào)。接收頭R1接收頭R2同時(shí)接收超聲波信號(hào)第39頁(yè)分別測(cè)量發(fā)射器到兩個(gè)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(yè)二維運(yùn)動(dòng)傳感器發(fā)射器

接收器

第41頁(yè)實(shí)測(cè)圖像對(duì)應(yīng)試驗(yàn)數(shù)據(jù)改變采集頻率第42頁(yè)點(diǎn)擊Y，顯示豎直方向分運(yùn)動(dòng)點(diǎn)擊X，顯示水平方向分運(yùn)動(dòng)二次函數(shù)擬合第43頁(yè)求加速度第44頁(yè)第45頁(yè)4、小燈泡U-I曲線描繪第46頁(yè)使用電流、電壓傳感器小燈泡U-I曲線描繪第47頁(yè)電路連接滑動(dòng)電阻器電流傳感器電壓傳感器燈第48頁(yè)實(shí)驗(yàn)步驟點(diǎn)擊“開(kāi)始統(tǒng)計(jì)”和“傳感器調(diào)零”。接通電源，點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)”，將一組電壓、電流值統(tǒng)計(jì)在軟件表格中。以適當(dāng)電流間隔，改變小燈泡電流，同時(shí)點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)”，統(tǒng)計(jì)不一樣電流以及對(duì)應(yīng)電壓值。額定電流較大小燈泡，間隔可對(duì)應(yīng)增大。間隔0.02A第49頁(yè)點(diǎn)擊“繪圖”，顯示電壓與電流關(guān)系圖線。對(duì)應(yīng)小燈泡依次為：6.3V0.15A6.3V0.42A6V5W

點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)計(jì)算”，計(jì)算出小燈泡電阻大小。第50頁(yè)通用軟件測(cè)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(yè)試驗(yàn)中怪現(xiàn)象電壓

電流

？快速撥動(dòng)滑動(dòng)變阻器，瞬間改變電路電流。第52頁(yè)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(shí)，燈絲升溫需要有一個(gè)過(guò)程，在這一瞬間經(jīng)過(guò)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(duì)應(yīng)回落。浪涌電流對(duì)電燈有害。第53頁(yè)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(yè)小燈瞬間點(diǎn)亮，對(duì)燈絲沖擊

利用三個(gè)界面，同時(shí)觀察物理量改變過(guò)程。第55頁(yè)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(yè)點(diǎn)擊下拉菜單，選擇200第57頁(yè)撥動(dòng)開(kāi)關(guān)第58頁(yè)6、研究通電螺線管磁感應(yīng)強(qiáng)度第59頁(yè)10ΩU＜6V實(shí)驗(yàn)裝置磁傳感器傳感器作用：測(cè)量磁場(chǎng)強(qiáng)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(yè)調(diào)整電源正負(fù)極，使磁傳感器讀數(shù)為正值。磁感強(qiáng)度測(cè)量值人工輸入：測(cè)量距離螺線管不通電情況下，傳感器調(diào)零。第61頁(yè)傳感器“0”刻度線與螺線管對(duì)齊。以每次0.5厘米間隔推入螺線管內(nèi)部，并點(diǎn)擊“統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)”。試驗(yàn)步驟螺線管磁傳感器第62頁(yè)點(diǎn)擊“繪圖”，顯示螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)強(qiáng)度分布圖線。均勻磁場(chǎng)第63頁(yè)不關(guān)鍵點(diǎn)擊“清屏”。去除表格中全部數(shù)據(jù)，重新試驗(yàn)，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(duì)應(yīng)磁感強(qiáng)度。間隔為1厘米，圖線不圓滑。第64頁(yè)使用螺線管中心抽頭，研究電流不變(0.5A)時(shí)，不一樣匝數(shù)所對(duì)應(yīng)磁感強(qiáng)度。螺線管外側(cè)中心抽頭200匝

100匝

第65頁(yè)試驗(yàn)中注意事項(xiàng)1、串聯(lián)10Ω保護(hù)電阻。2、傳感器不要長(zhǎng)時(shí)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(huì)發(fā)燒第66頁(yè)7、測(cè)定電源電動(dòng)勢(shì)和內(nèi)阻使用電壓、電流傳感器第67頁(yè)使用專用軟件y=-0.60x+3.00內(nèi)阻電動(dòng)勢(shì)第68頁(yè)使用通用軟件內(nèi)阻:1.47Ω電動(dòng)勢(shì):2.79V第69頁(yè)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(mén)位置：小車擋光結(jié)束后，馬上與掛鉤相碰。8、動(dòng)量定理力傳感器光電門(mén)第70頁(yè)試驗(yàn)界面修改默認(rèn)值第71頁(yè)擋光片再次經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，測(cè)得v，得到：p，

=mv，點(diǎn)擊“開(kāi)始統(tǒng)計(jì)”推進(jìn)小車運(yùn)動(dòng)。擋光片經(jīng)過(guò)光電門(mén)時(shí)，測(cè)得v得到：p=mv實(shí)驗(yàn)過(guò)程動(dòng)量改變量Δp＝（p，－

p）

第72頁(yè)點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”碰撞后圖線力傳感器測(cè)得F－t圖p=mvp，=mv，Δp第73頁(yè)對(duì)圖線內(nèi)區(qū)域進(jìn)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(duì)試驗(yàn)進(jìn)行深入研究。第74頁(yè)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(yàn)器Ⅱ感生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)法拉第電磁感應(yīng)定律試驗(yàn)器Ⅰ

動(dòng)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)第75頁(yè)研制裝置由不一樣高度下落，利用光電門(mén)測(cè)得速度v電壓傳感器測(cè)得對(duì)應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E圖線顯示

E和

v

正比關(guān)系。第76頁(yè)磁鐵線圈擋光片光電門(mén)：測(cè)量線圈下落速度電壓傳感器：測(cè)量電動(dòng)勢(shì)第77頁(yè)S試驗(yàn)過(guò)程：電動(dòng)勢(shì)E速度v測(cè)量速度同時(shí)，導(dǎo)體切割磁場(chǎng)，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E200匝擋光片光電門(mén)電壓傳感器測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁鐵測(cè)量下落速度v磁力線1、研究：E=B

l

v第78頁(yè)改變線圈下落高度匝數(shù)一定時(shí)，屢次改變線圈下落速度，研究電動(dòng)勢(shì)與速度關(guān)系；第79頁(yè)S試驗(yàn)過(guò)程：電動(dòng)勢(shì)E速度v磁鐵第80頁(yè)試驗(yàn)顯示：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與速度成正比200匝2、研究：E=B

l

v第81頁(yè)改變?cè)褦?shù)改變線圈匝數(shù)，重復(fù)試驗(yàn)，完成另兩組測(cè)量。比較三組數(shù)據(jù)，研究電動(dòng)勢(shì)與線圈匝數(shù)關(guān)系。改變線圈匝數(shù)第82頁(yè)改變線圈匝數(shù)重復(fù)試驗(yàn)試驗(yàn)100匝300匝200匝第83頁(yè)感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與導(dǎo)體長(zhǎng)度關(guān)系試驗(yàn)顯示：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與匝數(shù)成正比電動(dòng)勢(shì)之比1：2：3100匝200匝300匝取同一速度E=B

l

v第84頁(yè)另一個(gè)試驗(yàn)方法：改變磁感應(yīng)強(qiáng)度，產(chǎn)生感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)。ΔBΔt

E∝因?yàn)榇磐喀沾笮o(wú)法直接測(cè)量，但能夠利用磁傳感器測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度B。將測(cè)量φ改變快慢，轉(zhuǎn)變?yōu)闇y(cè)量B改變快慢。這么既不影響對(duì)物理本質(zhì)了解，同時(shí)又含有可操作性。ΔφΔt

E=研究：研究：第85頁(yè)磁感應(yīng)強(qiáng)度感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)磁感強(qiáng)度不變電動(dòng)勢(shì)恒定磁感強(qiáng)度均勻增加磁感強(qiáng)度均勻減小電動(dòng)勢(shì)恒定電動(dòng)勢(shì)為0磁感不變?yōu)?磁感應(yīng)強(qiáng)度改變與感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)教學(xué)：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁感強(qiáng)度改變快慢直接相關(guān)。當(dāng)磁感強(qiáng)度均勻改變時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定。第86頁(yè)改變螺線管中電流螺線管測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度實(shí)時(shí)試驗(yàn)

1：觀察磁場(chǎng)改變

螺線管電流改變時(shí)，螺線管內(nèi)部磁感強(qiáng)度也發(fā)生改變。B－t

圖第87頁(yè)實(shí)時(shí)試驗(yàn)

2：磁感強(qiáng)度均勻改變時(shí)，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)恒定。測(cè)量磁感應(yīng)強(qiáng)度測(cè)量副線圈感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)副線圈原線圈調(diào)整電源，改變?cè)€圈磁感應(yīng)強(qiáng)度?？烧{(diào)電源改變?cè)€圈磁感應(yīng)強(qiáng)度。第88頁(yè)智能電源法拉第電磁感應(yīng)定律試驗(yàn)器Ⅱ第89頁(yè)電源開(kāi)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(yè)點(diǎn)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(dòng)改變電壓等模式?？烧{(diào)整輸出電壓信號(hào)上升斜率可調(diào)整輸出電壓信號(hào)下降斜率點(diǎn)擊“運(yùn)行”輸出之前選擇波形第91頁(yè)正向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小恒定t1

t3

t4

t2

實(shí)時(shí)測(cè)量感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)反向感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小恒定電動(dòng)勢(shì)為0磁感不變磁感強(qiáng)度均勻增加磁感強(qiáng)度均勻減小B－t

圖E－t

圖改變磁感強(qiáng)度改變率K，感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)E將會(huì)怎樣？前后兩段時(shí)間B改變大小相同，△t越小，產(chǎn)生E越大。圖線充分說(shuō)明：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)大小與磁感應(yīng)強(qiáng)度改變快慢相關(guān)。第92頁(yè)磁感強(qiáng)度改變率

K

感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)EK1

K2

K3

E3

E2

E1

K4

E5

E4

K5

磁感強(qiáng)度改變率

K越大；感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)

E也越大；K1＜K2＜K3＜K4

＜K5E1＜E2＜E3＜

E4

＜

E5試驗(yàn)

3：研究

E

和

關(guān)系ΔBΔt

存在什么關(guān)系？E

和ΔBΔt

K=第93頁(yè)電動(dòng)勢(shì)E試驗(yàn)顯示：感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)與磁感應(yīng)強(qiáng)度改變率成正比ΔBΔt

斜率K=研究

E

和

關(guān)系ΔBΔt

ΔBΔt

E∝第94頁(yè)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(cè)量對(duì)應(yīng)

F。第95頁(yè)磁場(chǎng)對(duì)線圈寬邊作用FI磁場(chǎng)第96頁(yè)磁場(chǎng)對(duì)線圈窄邊作用第97頁(yè)12、向心力研究第98頁(yè)力傳感器測(cè)量向心力光電門(mén)測(cè)量旋轉(zhuǎn)速度砝碼第99頁(yè)重視試驗(yàn)前儀器調(diào)整

搖臂砝碼旋轉(zhuǎn)螺栓第100頁(yè)原理示意圖砝碼向心力自重