校本課程數(shù)字化實(shí)驗(yàn)

目 前 第一節(jié)物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的基本原理和特 第二節(jié)物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組 第三節(jié)傳感 第四節(jié)常用物理量傳感 第五節(jié)附錄：物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)常用傳感 課外活 第二 第一節(jié)朗威DISLabV6.0軟 第二節(jié)朗威DISLabV6.0通用軟 第三章物理數(shù)字化實(shí) 第四章課外物理數(shù)字化實(shí) 第二 第三章物理數(shù)字化實(shí) 前言“傳感器”對(duì)大多數(shù)同學(xué)來(lái)說(shuō)可能很陌生，也許是第一次聽(tīng)說(shuō)到，其實(shí)傳感器早已出現(xiàn)在的活，于邊用里想場(chǎng)器么能顯示所購(gòu)商品的重量和所需金額（圖1）？為什么醫(yī)院里電子測(cè)溫儀在額頭一照就能立即測(cè)出其體溫（圖2）？為什么在漆黑的樓道中樓道燈會(huì)聽(tīng)到人的腳步聲而自動(dòng)亮燈（圖）？ 圖 圖現(xiàn)在我們以智能機(jī)器人（4）從外界獲取信息的途徑皮膚等感覺(jué)，生理醫(yī)學(xué)證明了正是這些感覺(jué)產(chǎn)生的電信號(hào)沿著各自的神經(jīng)系統(tǒng)傳入大腦，經(jīng)大腦處理后形成相應(yīng)的感覺(jué)。對(duì)照人類，智能機(jī)器人的“大腦”是在一臺(tái)高性能的計(jì)算機(jī)，計(jì)算機(jī)的物理結(jié)構(gòu)決定了外界獲取信息只能以電信號(hào)（電壓或電流）：的光信號(hào)必須轉(zhuǎn)換為電信號(hào)才能被機(jī)器人“看到”形成視覺(jué)，同樣外界的聲信號(hào)必須轉(zhuǎn)換為電信號(hào)才能被機(jī)器人“聽(tīng)到”形成聽(tīng)覺(jué)，以此類推。智能機(jī)器人必須有一種能夠?qū)⒎请娦盘?hào)轉(zhuǎn)換成電信號(hào)的器件，這種器件我們統(tǒng)稱為傳感器。人類我們就需要傳感器來(lái)擴(kuò)展延伸人類的感知范圍，有時(shí)傳感器又稱為“電五官”4現(xiàn)代傳感器（圖5）發(fā)揮的作用是巨大的，在現(xiàn)代工業(yè)生產(chǎn)尤其是自動(dòng)化生產(chǎn)過(guò)程中，要用各種傳感器來(lái)獲取準(zhǔn)確可靠的信息，監(jiān)視和控制生產(chǎn)過(guò)程中的各個(gè)參數(shù)，控制現(xiàn)代基礎(chǔ)學(xué)科研究中，往往需要具有重要作用的各種極 5現(xiàn)代工業(yè)傳感器外形 圖 圖傳感器在中學(xué)物理實(shí)驗(yàn)中也大有用武之地（圖6），在實(shí)驗(yàn)軟件的配合下，我們識(shí)，積累的科學(xué)知識(shí)會(huì)使你受益。第一章數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)及傳感器第一 物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)的基本原理和特傳統(tǒng)的物理實(shí)驗(yàn)中，使用的各種測(cè)量?jī)x器都需要由人來(lái)讀數(shù)，將結(jié)果記錄在紙上，然后用做和線說(shuō)做驗(yàn)的都。這近十幾年來(lái)，一種稱為“數(shù)字化信息系統(tǒng)”的實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在中學(xué)物理教學(xué)中廣泛應(yīng)用，該系統(tǒng)的英文全稱“DigitalInformationSystemLaboratory”,其本質(zhì)是一種集現(xiàn)代教育和科研為一體的計(jì)算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)。它將與傳統(tǒng)的物理測(cè)量有機(jī)地結(jié)合起來(lái)，計(jì)算機(jī)輔助物理實(shí)驗(yàn)可以使從繁瑣的測(cè)量和計(jì)算中解放出來(lái)集中精力于物理規(guī)律的探究，它提供了一條利用信息化提高物理學(xué)習(xí)質(zhì)量與研究解決物理問(wèn)題能力的嶄第二 物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的組圖 問(wèn)題與練習(xí)第三 傳感傳感器按CB7665—87的定義是：“能感受規(guī)定的被測(cè)物理量并按照一定的圖2 圖3、圖4是力傳感器和聲傳感器的實(shí)物圖。圖3：力傳感器 3.1說(shuō)，它將傳感器的信號(hào)以USB傳輸方式傳輸?shù)接?jì)算機(jī)，并能按照實(shí)驗(yàn)操作者的要求接如圖6為朗威DISLabV6．0器，圖7中器與計(jì)算機(jī)以USB方式通信。朗威DISLabV6．0器共有四個(gè)傳感器并行輸入接口，最多可同時(shí)接插四種不圖 圖7USB通訊插第四 常用物理量傳感圖8：力傳感 在多用半導(dǎo)體材料制成。這種傳感器的工作原理如圖11所示：彈簧鋼制成的懸臂元件右端固定，在梁的上下表面各貼一個(gè)應(yīng)變片，在梁的自由端施力F，則梁發(fā)生彎曲，上表面拉圖10應(yīng)變片實(shí) (右圖1)體在溫度上升時(shí)導(dǎo)電增強(qiáng)()，因此可以用半導(dǎo)體材料屬到阻過(guò)金屬管內(nèi)導(dǎo)熱硅脂，再通過(guò)封裝片傳遞到鉑電阻，從而引起熱敏電阻的阻值發(fā)生變化，描述磁場(chǎng)強(qiáng)弱的物理量叫做磁感應(yīng)強(qiáng)度，在國(guó)際單位中磁感應(yīng)強(qiáng)度的單位是特斯拉簡(jiǎn)稱特，符號(hào)T。地球磁場(chǎng)在地面附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度約105特，條形磁鐵磁極附近的磁感應(yīng)強(qiáng)度約103至102特。1879年物理學(xué)家E.H.霍爾觀察到：在均分布的磁場(chǎng)中放置一個(gè)矩形金屬導(dǎo)體，當(dāng)磁場(chǎng)方向體d有以下關(guān)系：U

RHIBI保持不變時(shí)，電壓UbaB。當(dāng)磁傳感器探測(cè)管(15)B發(fā)生變化時(shí)，通過(guò)霍爾元件，轉(zhuǎn)換成電壓Uba的變化，從而通過(guò)Uba的測(cè)量而得出磁感應(yīng)強(qiáng)度B值。常用的一種光敏電阻器，例如硫化鎘光敏電阻，利用硫化鎘的電阻率與所受光照的強(qiáng)度有關(guān)的特點(diǎn)，把硫化鎘涂敷在絕緣板上，在其表面再用銀漿涂敷兩個(gè)互不相連的柵狀電極(圖6)問(wèn)題與練習(xí)輸入（感受）可能的工作原理氣體傳感器第五 附錄：物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)常用傳感

量程：1A～ 量程：1A～ 位移傳感器（由紅外線發(fā)射端、接收端兩大部分組成有效測(cè)距0～光電門傳感器（測(cè)量擋光時(shí)間20N～量程200C10光強(qiáng)傳感器輻射傳感器（G-M傳感器量程：0～40000c聲傳感器（覆蓋各種常見(jiàn)聲源量 50Hz～課外活動(dòng)有關(guān)傳感器的有很多，下面介紹兩個(gè)供上網(wǎng)搜索時(shí)參考。第二 物理數(shù)字化實(shí)驗(yàn)軟a0操作專業(yè)軟件是靈活運(yùn)用數(shù)字化物理實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的基本前提，也能為進(jìn)一步依托此平臺(tái)創(chuàng)新第一 朗威 軟捷圖標(biāo)(1)，進(jìn)入初始界面(2)。朗威DISLabV6.0軟件簡(jiǎn)軟件應(yīng)用實(shí)例：感 4圖5研究勻速直線運(yùn)動(dòng)軟件界當(dāng)獲得速度—時(shí)間(st)圖線如圖6所示時(shí)，表明此 按鈕，以便在st圖線上選擇研究區(qū)域。示出研究區(qū)域內(nèi)st圖線的初位移、末位移、時(shí)間差、速度的值，見(jiàn)圖8圖 vt圖測(cè)量超重或失重狀態(tài)下的鉤碼拉力懸掛的鉤碼如圖10所示，用手緊握力傳感器牽引鉤碼使之在豎直方向點(diǎn)擊軟件，啟用“超重失重”程序，點(diǎn)擊“開(kāi)始記錄”后停頓片刻拉動(dòng)鉤碼。實(shí)驗(yàn)完成后觀察實(shí)驗(yàn)圖像(11)，

問(wèn)題與練習(xí)第二 朗威DISLabV6.0通用軟朗威DISLabV6.0通用軟件從本質(zhì)上說(shuō)是一個(gè)功能比較齊全的智能化實(shí)驗(yàn)處理通用軟件的基本功能圖 傳感器窗板中顯示方式按鈕，將窗口切換為“示波”、“指針”顯示。(13)數(shù)據(jù)記錄與計(jì)算 X軸Y軸所代表的物理量可以隨意選擇，既可選取“物理量---2.2.1⑴工作狀 是否正常工作狀態(tài)，正常工作時(shí)圖標(biāo)為“”，當(dāng)計(jì)算機(jī)無(wú)法與軟件自動(dòng)恢復(fù)上的通訊B、確認(rèn)計(jì)算機(jī)USB通訊接口是否工作正常⑵控制面板開(kāi)關(guān)控制面板開(kāi)關(guān)圖標(biāo)為 ”，用于控制“控制面板”是否隱藏，點(diǎn)擊后圖標(biāo)中 ⑶數(shù)據(jù)通道控制⑷⑸⑹⑺啟 與停 ⑻運(yùn)動(dòng)，采用“I”型擋光記錄下的時(shí)間從邊緣1開(kāi)始擋光開(kāi)始到邊緣2停止擋光結(jié)束“Ⅱ”型擋光記錄下的時(shí)間自邊緣1捫光開(kāi)始至邊緣3擋光結(jié)束。采用“單擺”記錄下的光被擋的次數(shù)。軟件默認(rèn)的是“I型”擋光片。在使用兩個(gè)光電門傳感器時(shí)，經(jīng)常不僅需要測(cè)量擋光片通過(guò)每個(gè)光電門傳感器時(shí)的擋光時(shí)間，而且需要測(cè)出擋片經(jīng)過(guò)兩因此在計(jì)算表格功能中特設(shè)立了計(jì)算“擋光片經(jīng)過(guò)兩光電門時(shí)間”的特殊變量，其使用方法見(jiàn)“計(jì)算表格”。Ⅰ Ⅱ ⑽ 傳感器數(shù)據(jù)窗口21⑵采樣頻率因?yàn)槠鞑捎酶酎c(diǎn)的方式，即每隔一定時(shí)間一次數(shù)據(jù)，所以有必根據(jù)被測(cè)物理量信號(hào)頻率的高低，對(duì)的采樣頻率進(jìn)行調(diào)整，以保證真實(shí)體現(xiàn)信號(hào)的每種傳感器接入后，軟件都設(shè)置了默認(rèn)的采樣頻率(表 要請(qǐng)按照“采樣頻率等于被測(cè)信號(hào)頻率的5-10倍”的原則進(jìn)行調(diào)整。力磁5⑶鼠標(biāo)右鍵功能計(jì)算表格

中“計(jì)算表格”圖標(biāo)，可打開(kāi)如圖24所示的計(jì)算表格窗囗。該窗口支圖24依次接入溫度、力、電流、壓強(qiáng)傳感器時(shí)的計(jì)算表格窗囗算。系統(tǒng)默認(rèn)代碼名規(guī)則為“物理量英文縮略+通道序列號(hào)”，圖中T1、F2、I3、力磁IUITFtsPBAVNsm

表2物理量英文縮略有“手動(dòng)“和”自動(dòng)“兩種方式將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記入表格。手動(dòng)記錄是指點(diǎn)擊“點(diǎn)擊”按鈕，都能將當(dāng)前數(shù)據(jù)以數(shù)據(jù)列的形式記入表格中光電門傳感器除外)菜(0.0s～60s)，然后點(diǎn)擊“開(kāi)始”，即可按照此設(shè)定的間隔將數(shù)據(jù)自動(dòng)記錄到表格內(nèi)，同時(shí)記錄各個(gè)數(shù)據(jù)對(duì)應(yīng)的時(shí)刻(t)25

25“變量”按鈕，彈出添加變量口如圖26所示。26添加變量格復(fù)字符不宜太長(zhǎng)，最好為單個(gè)字母，也可由“字母+數(shù)字”構(gòu)成，但不能采用“數(shù)字十字母”的方式。輸入變量名后，如果變量值是常量，在“默認(rèn)數(shù)值”欄中輸入數(shù)值，點(diǎn)擊“確定”，計(jì)算表格中將顯示該變量列和數(shù)值；如果變量值不是常量，點(diǎn)擊“確定”，計(jì)算表格，。若使用兩個(gè)光電門傳感器，有時(shí)不僅需要測(cè)量每個(gè)光電門傳感器的擋光時(shí)間，而且需要測(cè)出擋光片在兩光電門傳感器之間運(yùn)行的時(shí)間。因26所示窗口內(nèi)，特設(shè)定了計(jì)算“擋光片經(jīng)過(guò)兩公式格中，命名為12或t21⑶實(shí)驗(yàn)中經(jīng)常需調(diào)用數(shù)據(jù)列中數(shù)據(jù)計(jì)算獲得測(cè)量的物理量，這時(shí)要建立“表達(dá)式列數(shù)點(diǎn)位數(shù)可以按需手動(dòng)設(shè)置，見(jiàn)圖28。2829所示的窗口。須在該窗口中確立公式中變對(duì)應(yīng)表格中的變量s1，則直接點(diǎn)擊s1所在的單元格；公式中變量t對(duì)應(yīng)表格中的變量t計(jì)算結(jié)果，見(jiàn)圖30。 圖29選擇對(duì)應(yīng) 圖30計(jì)算結(jié)②運(yùn)算符號(hào)、函數(shù)和變量的代碼組成。例如定義新變量S2=S1*S1，見(jiàn)圖3131 Pi3.例題：10個(gè)/秒，建立一個(gè)v22as的表達(dá)列，其中常數(shù)a9.8。點(diǎn)擊桌面“DIS”圖標(biāo)點(diǎn)擊“通用軟件”點(diǎn)擊 傳感器的計(jì)算表格窗囗，見(jiàn)圖32。。見(jiàn)圖點(diǎn)擊圖32窗囗左中部藍(lán)色邊框區(qū)域內(nèi)“變量”按鈕，彈出變量窗囗后，分別輸入變量名稱和默認(rèn)數(shù)值,按“確定”鈕。見(jiàn)圖34。囗中的“自定義公式”按鈕后，在“公式代碼”欄內(nèi)輸入V^2，在“公式表達(dá)式”欄內(nèi)輸要求：位移采樣頻5個(gè)/秒，調(diào)用公式庫(kù)建立速度表達(dá)列；并自定義方式建立質(zhì)量M和動(dòng)能表達(dá)列。動(dòng)能表達(dá)式E1mv2，質(zhì)量m=1.5kg。2⑷點(diǎn)擊“繪圖”，彈出“選擇繪圖數(shù)據(jù)”窗口，通過(guò)下拉菜X軸和Y軸分別代⑸刪除用左鍵點(diǎn)某行最邊的單元格(秩序列)中用左鍵點(diǎn)擊某列最上方的單元格(代碼行)，即可選要?jiǎng)h的。用彈軟件提供了基于實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)(含計(jì)算表格內(nèi)的所有數(shù)據(jù))進(jìn)行描點(diǎn)、繪圖 中“”組合圖線圖標(biāo)。彈出圖37所示的窗囗，右側(cè)為繪圖窗口，左

圖37組合圖線點(diǎn)擊“添加”，將彈出如圖38所示的窗口，用于設(shè)定圖線參數(shù)并38圖線設(shè)置窗囗X、Y(圖)目前工作傳感器所測(cè)的物理量名稱以外，還設(shè)有“時(shí)間”選項(xiàng)，用于顯示“物理量--時(shí)間”關(guān)系。yf(x的圖像。此功能常用于需圖像對(duì)比的實(shí)驗(yàn)，如“力的相互作用”實(shí)驗(yàn)。 圖39離散點(diǎn)曲 圖40連續(xù)點(diǎn)曲對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響。點(diǎn)擊“鎖定”后，按鈕變?yōu)椤啊?。點(diǎn)擊“”，即可解除對(duì)圖線▲停止后，組合圖線控制面板中涉及圖線分析的功能即被激活。圖線分析功能包括察，對(duì)其分布規(guī)律做出一個(gè)初步判斷，然后用擬合加以驗(yàn)證。41擬合函囗下方按“選擇區(qū)域”按鈕，將隨光標(biāo)移動(dòng)的豎虛線移至區(qū)域的起始位置，點(diǎn)擊的二次多項(xiàng)式擬合，選擇了有效擬合區(qū)域，得出的擬合圖線與該段實(shí)驗(yàn)圖線吻合極好，可以推斷該段圖線具有明顯的二次多項(xiàng)式特征(圖4)乎（圖4 圖42選擇擬合區(qū)域的擬合曲 圖43沒(méi)有選擇擬合區(qū)域的擬合曲“x的值，即圖線上任一點(diǎn)的斜率，并描繪出“導(dǎo)數(shù)---處理”，在下拉菜單中點(diǎn)擊“積分”，即可得出積分值(44)44平均值用于計(jì)算“物理量—時(shí)間”圖線上某—時(shí)間段內(nèi)縱軸代表的物理量的算術(shù)平均問(wèn)題與練習(xí)第三 物理數(shù)字化實(shí)計(jì)算機(jī)及信息控制與管理等現(xiàn)代技術(shù)與(見(jiàn)圖1)。但是，它們對(duì)實(shí)驗(yàn)的總體要求還是相明才智，大膽動(dòng)手實(shí)踐，突破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的限制，取得比以往實(shí)驗(yàn)更高精度下實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)一：探究作用力與反作用力的關(guān)系實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：彈簧測(cè)力計(jì)常規(guī)實(shí)驗(yàn)方案把AB兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)連接在一起，B的一端固定，用手拉測(cè)力計(jì)A2所示，看到兩個(gè)測(cè)力計(jì)的指針同時(shí)移動(dòng)，測(cè)力計(jì)A受到B的拉力F，測(cè)BA的拉FFF2探究運(yùn)動(dòng)中兩物體間的作用力和反作用力之間的關(guān)系，把一只力傳感器系在一個(gè)物體上，另一只握在手中，通過(guò)傳感器施力拉物體運(yùn)動(dòng)(圖4)圖3力傳感器測(cè)作用力與反作用 圖4運(yùn)動(dòng)中的作用力與反作實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：示同一時(shí)刻力的測(cè)量值（5）。圖 注意：點(diǎn)擊“開(kāi)始記錄”后，必須先點(diǎn)擊“傳感器調(diào)零”，再用力拉傳感器。分析實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)：移動(dòng)鼠標(biāo)，在數(shù)據(jù)窗口中記錄任意時(shí)刻的兩力大小實(shí)驗(yàn)拓展：手握力傳感器鉤住一個(gè)砝碼（50克～100克），記錄傳感器隨人快速下蹲過(guò)程中的實(shí)驗(yàn)二：探究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律的理想落體運(yùn)動(dòng)模型際生活中，只要質(zhì)量不太小體下落高度不太高，其運(yùn)動(dòng)可近似為自由落體運(yùn)動(dòng)。著名物理學(xué)家伽利略在實(shí)驗(yàn)設(shè)備極其簡(jiǎn)陋的條件下，以精湛的實(shí)驗(yàn)技能，借助嚴(yán)謹(jǐn)?shù)倪壿嬐评恚沂咀杂陕潴w是一種速度隨時(shí)間均勻增加的直線運(yùn)動(dòng)，同時(shí)也創(chuàng)造了一套對(duì)近代科學(xué)的發(fā)展極為有利的科學(xué)方法。實(shí)驗(yàn)基本思路所謂掌握物體運(yùn)動(dòng)規(guī)律，從物理學(xué)角度就是解決：①任一時(shí)刻體出現(xiàn)在那里？（位移與時(shí)間的關(guān)系）②物體運(yùn)動(dòng)有多快？（時(shí)間的關(guān)系）。探究自由落體運(yùn)動(dòng)規(guī)律可以從探究運(yùn)動(dòng)位移實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：6 6落 落實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理 實(shí) 頻50Hz,啟動(dòng)“繪圖”功能，設(shè)X軸、Y軸分別t”與S”，得出一組St”數(shù)據(jù)曲線，點(diǎn)擊“擬合”，嘗試運(yùn)用各種函數(shù)擬合，選擇一條與數(shù)據(jù)點(diǎn)重合程度圖 數(shù)據(jù)點(diǎn)分 圖 對(duì)藍(lán)色的位移圖像作一次“求導(dǎo)”處理，得到紅色的速度隨時(shí)間變化關(guān)系圖像（圖 問(wèn)題與練習(xí)實(shí)驗(yàn)三：探究氣體等溫變化的規(guī)律實(shí)驗(yàn)基本思路實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：把一段空氣拄封閉在玻璃管中，確保實(shí)驗(yàn)過(guò)程中它的質(zhì)量不會(huì)變化。實(shí)驗(yàn)中如果空氣柱體積是緩慢變化，能與周圍大氣充分進(jìn)行熱交換，它的溫度就會(huì)大致等于環(huán)境溫度，在不太長(zhǎng)的實(shí)驗(yàn)時(shí)間內(nèi)保證不會(huì)有明顯的變化?？諝庵膲簭?qiáng)P可以從儀器上方的氣壓計(jì)讀出，V可以在玻璃管側(cè)的刻度尺上讀出，在數(shù)字針(圖1)圖11數(shù)字化氣體等溫變化實(shí) 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理；體積成反比呢?這個(gè)猜想可以通過(guò)圖像來(lái)檢驗(yàn)。為了方便驗(yàn)證猜想，在記錄壓強(qiáng)P和體積V的基礎(chǔ)上，不妨增加兩個(gè)變量JP1⑵bV

,為繪制圖像提供的選擇打開(kāi)“計(jì)算表格”，增加變量“V”表示注射器的體積，拉動(dòng)注射器的活20ml處，手動(dòng)輸入V值點(diǎn)擊記錄方式測(cè)量并壓強(qiáng)P值(體積改變后應(yīng)稍停片刻，再點(diǎn)擊測(cè)量壓強(qiáng)，為1碼定義JPV；以b為公式代碼定義b V啟X軸、Y軸分別為“V”與“P”，得出一組“PV”數(shù)據(jù)XY軸分別為”b”與“P”，得出—組-P”數(shù)據(jù)點(diǎn)曲線。點(diǎn)擊“擬合”，(注意：傳感器接出的軟管內(nèi)部容積大約有1ml，輸入計(jì)算機(jī)的氣體體積數(shù)據(jù)應(yīng)為“注射器讀數(shù)+1”(ml))如果完成了一個(gè)溫度下的等溫變化過(guò)程的實(shí)驗(yàn)，保持原密封氣體不變，可嘗試一下將注射器浸泡在熱水或冷水中，更高或更低的溫度下再PV坐標(biāo)中比較兩次不同溫度下所測(cè)的等溫線有什么不同？有沒(méi)有規(guī)律性的新發(fā)實(shí)驗(yàn)四：探究物體冷卻的規(guī)律在物體向外散熱的冷卻過(guò)程中，可以用物體降低的溫度T與所用時(shí)間t之比t表小、物體周圍介質(zhì)導(dǎo)熱性能的好壞及物體溫度T與環(huán)境溫度之差(t等多種因素的影實(shí)驗(yàn)的基本思路：物體的冷卻速率是受多種不同因素的影響，但仔細(xì)分析一下每作用。按這法，我們可以本實(shí)驗(yàn)研究的基本目標(biāo)確定為：探究特定物體的冷卻速率與它和周圍環(huán)境溫度差(T的定量關(guān)系。實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：需直接測(cè)量物理量應(yīng)是：物體溫度T，環(huán)境溫度t，推算測(cè)量溫差(tT實(shí)驗(yàn)步 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄與處理；按變化率的定義理解，以溫差T為縱軸，時(shí)間t為橫軸的直角坐標(biāo)系中的圖線切線斜為溫差變化率t。數(shù)學(xué)上將求圖線切線斜 根據(jù)實(shí)驗(yàn)的目的，需記錄物體溫度T、環(huán)境溫度、溫差(tT設(shè)tt時(shí)刻的溫度為T1tt時(shí)刻的溫度為T2，TT2 實(shí)驗(yàn)條件：室溫 t1234567890水溫溫差①在計(jì)算表格窗口建立環(huán)境溫度（室溫）列和溫差的變量表達(dá)列②繪制水t1為縱軸，時(shí)間t為橫軸的溫度變化圖線，并“鎖 ④繪制冷卻速率d/dt為縱軸，溫差tc為橫軸用“擬合”功能，嘗試用不同函數(shù)擬合，找出擬合程度最好的函數(shù)關(guān)系，寫出具體的函數(shù)實(shí)驗(yàn)圖線的分析① 相關(guān)性好。從直觀上看，圖線的形狀(凸凹、升降)與數(shù)據(jù)點(diǎn)的分布趨勢(shì)一致，并且所有能體現(xiàn)與客觀實(shí)際相符合的物理意義。例如，對(duì)于冷卻速率與溫差的關(guān)系，所選取你的實(shí)驗(yàn)結(jié)果與牛頓冷卻定律相符合嗎?有人認(rèn)為，牛頓冷卻定律僅在物體與環(huán)境溫度差很小(約10℃以內(nèi))的情況下才近似地圖13不同表面物體的散熱冷卻速率比較研究問(wèn)題與練習(xí)（選做）若在“探究物體冷卻的規(guī)律”實(shí)驗(yàn)時(shí)環(huán)境溫度（室溫）發(fā)生明顯變化，測(cè)實(shí)驗(yàn)五：觀察電容器的充電和放電板電容器圖14)。這兩個(gè)金屬板叫做電容器的極板。物理學(xué)上用電容C表征電容器電荷能法拉(F)。U

圖14電容器實(shí)物及符號(hào)如圖16所示，用導(dǎo)線把充電后的電容器的兩極板接通，兩極板上的電荷中和，電容器 圖15電容器充電電 圖16電容器放電電實(shí)驗(yàn)基本思路：實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：電路加接一個(gè)適當(dāng)阻值的電阻。電流傳感器頻率可設(shè)置為1000赫茲(周期秒)1000F的電解電容，電阻30K 實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理：

圖 啟動(dòng)“繪圖”功能，設(shè)定X軸、Y軸分別tIIt”數(shù)據(jù)實(shí)驗(yàn)拓展： 阻R110k，R220k重復(fù)實(shí)驗(yàn)，估圖 （提示：恒qItIt圖像與時(shí)間t軸Q成的面積為放電電流所通過(guò)的電量，也就是電容器所的電量。圖像與時(shí)間t QU問(wèn)題與練習(xí)實(shí)驗(yàn)六：測(cè)量通電螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度圖 實(shí)驗(yàn)基本思路中通電螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)比較弱，數(shù)量級(jí)在103T實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：通電螺線管內(nèi)部磁場(chǎng)分布圖（Bs圖像）。實(shí)驗(yàn)過(guò)程：圖 l、將磁傳感器接入得到通電螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度與相對(duì)距離關(guān)系圖線(圖 驟 實(shí)驗(yàn)拓展：BI成正相關(guān)的關(guān)系。這種正相關(guān)的關(guān)系是否是正比關(guān)系，可實(shí)驗(yàn)七：用線圈研究電磁感應(yīng)現(xiàn)象19世紀(jì)物理學(xué)家曾對(duì)“將磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟绷诉M(jìn)行探索性研究，但均未能取得實(shí)質(zhì)性進(jìn) 的法拉第從1822年起即致力于“把磁轉(zhuǎn)變?yōu)殡姟钡难? 圖 實(shí)驗(yàn)基本思路實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)：“示波”顯示方式觀察感應(yīng)電流的是否存在。實(shí)驗(yàn)裝置圖26所示。

圖 實(shí)驗(yàn)裝置 手持單匝線圈，在U形磁鐵形成的磁場(chǎng)中沿不同方向運(yùn)動(dòng)，觀察指針或波形變化情況（參考圖像27）圖 問(wèn)題與練習(xí)第四 課外物理數(shù)字化實(shí)中學(xué)物理學(xué)習(xí)若僅限于課堂的教學(xué)是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，研究性學(xué)習(xí)的課題研究為同學(xué)的高升子是：OX中學(xué)在五十多年里出了五位的奧秘?fù)?jù)該校的教師說(shuō)他們物理教育的成功就是引導(dǎo)鼓勵(lì)學(xué)生提出問(wèn)題，而且學(xué)生也做到一些簡(jiǎn)單明了的傳統(tǒng)儀器能夠勝任的實(shí)驗(yàn)，則堅(jiān)決用傳統(tǒng)儀器，畢竟它更能直觀體現(xiàn)物理力提倡運(yùn)用傳感器數(shù)字化信息處理，對(duì)未知的物理領(lǐng)域進(jìn)行多角度的感知和多視角的課題一：研究建筑石材的放射性[注體指石的對(duì)的超輻內(nèi)指源形的氣人而造射自惟射體進(jìn)入人的呼吸系統(tǒng)能誘發(fā)肺癌；另外，氡對(duì)脂肪有很高的親和力，從而影響人的神經(jīng)系統(tǒng)為了防止放射性元素含量過(guò)高的石材進(jìn)入我們的環(huán)境，我國(guó)早在1993標(biāo)準(zhǔn)的石材，其使用范圍不受限制；符合B類標(biāo)準(zhǔn)但不符合A類標(biāo)準(zhǔn)的石材，不宜用做居C類石材只可用于建筑物的外飾面或二、課題研究的參考流程項(xiàng) 劑 磚制居 泥土、空 吸煙20支／天 胸部X光片(向膠片投影 三、傳感器及實(shí)驗(yàn)參考方案1所示的傳感器是輻射（放射性）傳感器，簡(jiǎn)稱G-M1輻射（放射性）“軟件”中的“檢測(cè)物質(zhì)的放射性”程序，那么在開(kāi)始計(jì)數(shù)后，計(jì)算機(jī)屏上每隔1分鐘會(huì)蹭跳出一個(gè)狹長(zhǎng)矩形，表示在這1分鐘內(nèi)接收到的入射性粒子的數(shù)目。2：檢測(cè)紅磚的放射強(qiáng)度圖 圖3中下部的綠域，表示沒(méi)有放射源傳感器所記錄下的微弱輻射，這種輻射來(lái)自 四、課題拓展輻射傳感器（G-M傳感器）具有探測(cè)放射射線及測(cè)定放射強(qiáng)度的功能，凡涉及放射性課題二：研究微波爐的微波輻射次的微波。這種肉眼看不見(jiàn)的微波，能食物達(dá)5cm深，并使食物中的水分子也隨之運(yùn)烹飪速度比其它爐灶快4至10倍，熱效率高達(dá)80%以上。目前，其它各種爐灶的熱效率無(wú)圖 課題三：研究光源的發(fā)光特性們注視著電腦顯示屏找尋各種信息時(shí)，你是否想過(guò)：這些形形的光源發(fā)出的光有何特0.1秒時(shí)，我們的眼睛是運(yùn)用光傳感器通過(guò)器與計(jì)算機(jī)連接，就可以用它來(lái)測(cè)量各種發(fā)光體的發(fā)光特性，二 及處頻閃頻率mWcm2⑵小燈泡對(duì)照射物的照度E與距離R的關(guān)系：R E(mWcm2RE①日光燈和白熾燈的發(fā)光為什么是閃爍的?②電視機(jī)屏幕發(fā)光閃爍的頻率是多少?這與什么有關(guān)系?為什么有的廠家說(shuō)它生產(chǎn)的電(2)小燈泡對(duì)照射物的照度E與距離R的關(guān)系課題四：測(cè)量打點(diǎn)計(jì)時(shí)器的打點(diǎn)間隔時(shí)間6V50Hz0.02s打一個(gè)點(diǎn)。

圖 又例如，不裝紙帶打點(diǎn)時(shí)，振針是會(huì)與下面的金屬托板發(fā)生直接碰撞的，設(shè)想將振針請(qǐng)仔細(xì)分析，設(shè)計(jì)一個(gè)測(cè)量的具體實(shí)驗(yàn)方案，并動(dòng)手做一下，對(duì)比多種測(cè)量方二、問(wèn)題與思考圖 圖 課題五：研究電梯的運(yùn)動(dòng)加速度三、①②

有條的話測(cè)量8研究性學(xué)習(xí)參考課題研究性學(xué)習(xí)評(píng)價(jià)表課題名稱 寫成時(shí) 55 傳感器在研究性學(xué)習(xí)中的運(yùn)用案例蓄電池性能的影響因素及其改進(jìn)方法的研究摘溫度和放電條件是在實(shí)際使用中最容易變化也起伏最大的外界因素，它們都對(duì)電池性能有一、溫度對(duì)蓄電池的影響515秒各讀一次數(shù)。而蓄電池在放電過(guò)后，會(huì)有很 實(shí)驗(yàn)結(jié)論：

二、負(fù)載對(duì)蓄電池性能的影響因此要人為地給蓄電池制造波動(dòng)很大的放電電流模仿實(shí)際工作條件，此時(shí)，普通和簡(jiǎn)單負(fù)載已不能滿足，這就要求有更進(jìn)一步的儀器與。實(shí)驗(yàn)中的電壓電流變化使用DIS(數(shù)字信息處理系統(tǒng))作全程，而對(duì)于負(fù)載的控制，我們自行設(shè)計(jì)了可調(diào)脈沖發(fā)生器

大電流時(shí)(認(rèn)為 以上時(shí)電池趨于正常狀態(tài))，隨電流加