數(shù)字化物理實驗演示課件

DIS實驗

演示與操作上海市中小學(xué)數(shù)字化實驗系統(tǒng)研發(fā)中心山東省遠大網(wǎng)絡(luò)多媒體股份有限公司

趙愷數(shù)字化物理實驗演示1、運動物體的位移、速度、加速度2、牛頓第二定律3、平拋運動4、小燈泡的伏安特性曲線5、通電螺線管的磁場分布6、電容充放電7、電源電動勢和內(nèi)阻8、動量定理（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、向心力研究實驗列表數(shù)字化物理實驗演示1、測定位移、速度和加速度數(shù)字化物理實驗演示車輪置于導(dǎo)槽內(nèi)數(shù)字化物理實驗演示數(shù)字化物理實驗演示銅螺母置于導(dǎo)向槽內(nèi)數(shù)字化物理實驗演示力學(xué)軌道系統(tǒng)可應(yīng)用于運動物體的平均速度測量等實驗數(shù)字化物理實驗演示數(shù)字化物理實驗演示研究變速直線運動的s－t圖

位移傳感器的發(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算機數(shù)字化物理實驗演示位移傳感器發(fā)射器接收器傳感器的作用：測量小車運動的距離。實驗完畢，注意關(guān)閉電源。連接采集器電源開關(guān)數(shù)字化物理實驗演示注意：1、手不要進入發(fā)射器與接收器之間，以免影響信號傳輸。2、各組實驗可能會有干擾。3、避免氣流擾動（空調(diào)、電風(fēng)扇、氣墊導(dǎo)軌等）。數(shù)字化物理實驗演示接入傳感器后，自動彈出該傳感器對應(yīng)的窗口。傳感器窗口標題欄顯示出了該傳感器所屬的數(shù)據(jù)通道序號、類別、物理量量程及單位

數(shù)字化物理實驗演示點擊進入組合圖線窗口數(shù)字化物理實驗演示數(shù)字化物理實驗演示數(shù)字化物理實驗演示點擊選擇區(qū)域按鍵，選擇有效區(qū)域點擊擬合按鍵，選擇擬合方程點擊選擇圖線2點擊其他處理，選擇求導(dǎo)點擊擬合，選擇線性擬合通過擬合圖線方程讀出斜率，即加速度a數(shù)字化物理實驗演示2、牛頓第二定律利用計算機繪制a-F圖和a-M圖線數(shù)字化物理實驗演示通過從V-t圖求加速度實驗平衡摩擦力數(shù)字化物理實驗演示黃色區(qū)域：手工輸入F、M白色區(qū)域：計算機自動記錄加速度值數(shù)字化物理實驗演示1、研究加速度與外力的關(guān)系釋放小車得到

v－t圖

手工輸入外力F質(zhì)量M（包括所有部件）手工輸入質(zhì)量M數(shù)字化物理實驗演示得到第一組數(shù)據(jù)選擇區(qū)域得到第1組數(shù)據(jù)計算機自動輸入數(shù)字化物理實驗演示改變外力，得到第二組數(shù)據(jù)保持小車質(zhì)量不變，多次改變外力得到第2組數(shù)據(jù)數(shù)字化物理實驗演示改變外力，得到第三組數(shù)據(jù)第3組數(shù)據(jù)改變外力數(shù)字化物理實驗演示改變外力，得到第四組數(shù)據(jù)第4組數(shù)據(jù)改變外力數(shù)字化物理實驗演示改變外力，得到第五組數(shù)據(jù)第5組數(shù)據(jù)改變外力數(shù)字化物理實驗演示改變外力，得到第六組數(shù)據(jù)第6組數(shù)據(jù)點擊“a－F圖像”改變外力數(shù)字化物理實驗演示擬合圖線得到加速度a和外力F圖線

理想的實驗結(jié)果：直線應(yīng)當(dāng)通過原點數(shù)字化物理實驗演示2、研究加速度與質(zhì)量的關(guān)系第1組數(shù)據(jù)數(shù)字化物理實驗演示改變質(zhì)量，得到第二組數(shù)據(jù)保持外力不變，多次改變小車質(zhì)量，得到第2組數(shù)據(jù)外力不變數(shù)字化物理實驗演示改變質(zhì)量，得到第三組數(shù)據(jù)第3組數(shù)據(jù)數(shù)字化物理實驗演示改變質(zhì)量，得到第四組數(shù)據(jù)第4組數(shù)據(jù)數(shù)字化物理實驗演示改變質(zhì)量，得到第五組數(shù)據(jù)第5組數(shù)據(jù)點擊“a－M圖像”數(shù)字化物理實驗演示擬合圖線得到加速度a與質(zhì)量M圖線

點擊“a－1／M圖像”這是一條曲線，為了直觀地分析，可以取倒數(shù)，“化曲為直”。點擊“a－1/M圖像”按鈕，得到a－1/M圖線。數(shù)字化物理實驗演示擬合圖線得到加速度a與質(zhì)量M的倒數(shù)成正比的

圖線

理想的實驗結(jié)果：直線應(yīng)當(dāng)通過原點數(shù)字化物理實驗演示數(shù)字化物理實驗演示3、平拋運動平拋運動實驗器二維平拋運動實驗器數(shù)字化物理實驗演示壓電陶瓷片d實驗特色：通過測量小球的初速度、飛行時間、落地距離等數(shù)據(jù)研究平拋運動平拋運動光電門數(shù)字化物理實驗演示二維運動實驗系統(tǒng)特色：能夠?qū)崟r描繪運動物體的軌跡能夠?qū)崟r記錄下運動物體在平面坐標系內(nèi)的坐標能夠?qū)ψ鴺酥颠M行數(shù)據(jù)處理，數(shù)學(xué)分析，完成實驗教學(xué)數(shù)字化物理實驗演示發(fā)射器

接收器

二維運動傳感器按固定間隔，發(fā)射超聲波信號。接收頭R1接收頭R2同時接收超聲波信號數(shù)字化物理實驗演示分別測量發(fā)射器到兩個接收頭R1

、R2的距離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

三角定位算法數(shù)字化物理實驗演示二維運動傳感器發(fā)射器

接收器

數(shù)字化物理實驗演示實測圖像對應(yīng)的實驗數(shù)據(jù)改變采集頻率數(shù)字化物理實驗演示點擊Y，顯示豎直方向的分運動點擊X，顯示水平方向的分運動二次函數(shù)擬合數(shù)字化物理實驗演示求加速度數(shù)字化物理實驗演示數(shù)字化物理實驗演示4、小燈泡U-I曲線描繪數(shù)字化物理實驗演示使用電流、電壓傳感器小燈泡U-I曲線描繪數(shù)字化物理實驗演示電路連接滑動電阻器電流傳感器電壓傳感器燈數(shù)字化物理實驗演示實驗步驟點擊“開始記錄”和“傳感器調(diào)零”。接通電源，點擊“記錄數(shù)據(jù)”，將一組電壓、電流值記錄在軟件的表格中。以適當(dāng)?shù)碾娏鏖g隔，改變小燈泡的電流，同時點擊“記錄數(shù)據(jù)”，記錄不同電流以及對應(yīng)的電壓值。額定電流較大的小燈泡，間隔可相應(yīng)增大。間隔0.02A數(shù)字化物理實驗演示點擊“繪圖”，顯示電壓與電流的關(guān)系圖線。對應(yīng)的小燈泡依次為：6.3V0.15A6.3V0.42A6V5W

點擊“數(shù)據(jù)計算”，計算出小燈泡電阻的大小。數(shù)字化物理實驗演示通用軟件測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數(shù)字化物理實驗演示實驗中的怪現(xiàn)象電壓

電流

？快速撥動滑動變阻器，瞬間改變電路電流。數(shù)字化物理實驗演示分別顯示電壓、電流電壓

電流

浪涌電流

如何形成的？

產(chǎn)生浪涌電流的原因：燈絲的冷電阻很小，當(dāng)電壓瞬間升高時，燈絲的升溫需要有一個過程，在這一瞬間通過燈絲的電流很大，這就是浪涌電流；隨即燈絲溫度急劇上升，電阻增大，電流也相應(yīng)回落。浪涌電流對電燈有害。數(shù)字化物理實驗演示尋找形成的原因

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）數(shù)字化物理實驗演示小燈瞬間點亮，對燈絲的沖擊

利用三個界面，同時觀察物理量的變化過程。數(shù)字化物理實驗演示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數(shù)字化物理實驗演示點擊下拉菜單，選擇200數(shù)字化物理實驗演示撥動開關(guān)數(shù)字化物理實驗演示6、研究通電螺線管的磁感應(yīng)強度數(shù)字化物理實驗演示10ΩU＜6V實驗裝置磁傳感器傳感器的作用：測量磁場的強度螺線管串接10Ω電阻器接入穩(wěn)定的直流電源（電壓小于6V）。傳感器使用前需預(yù)熱3分鐘。

數(shù)字化物理實驗演示調(diào)節(jié)電源的正負極，使磁傳感器的讀數(shù)為正值。磁感強度測量值人工輸入：測量距離螺線管不通電的情況下，傳感器調(diào)零。數(shù)字化物理實驗演示傳感器的“0”刻度線與螺線管對齊。以每次0.5厘米的間隔推入螺線管內(nèi)部，并點擊“記錄數(shù)據(jù)”。實驗步驟螺線管磁傳感器數(shù)字化物理實驗演示點擊“繪圖”，顯示螺線管內(nèi)部磁場強度分布圖線。均勻的磁場數(shù)字化物理實驗演示不要點擊“清屏”。清除表格中的全部數(shù)據(jù)，重新實驗，可得到另一條圖線。6V電壓

3V電壓

線圈匝數(shù)不變，不同電壓所對應(yīng)的磁感強度。間隔為1厘米，圖線不圓滑。數(shù)字化物理實驗演示使用螺線管的中心抽頭，研究電流不變(0.5A)時，不同匝數(shù)所對應(yīng)的磁感強度。螺線管的外側(cè)中心抽頭200匝

100匝

數(shù)字化物理實驗演示實驗中的注意事項1、串聯(lián)10Ω保護電阻。2、傳感器不要長時間滯留在通電的螺線管內(nèi)，以免損壞器件。

霍爾元件通電后會發(fā)熱數(shù)字化物理實驗演示7、測定電源電動勢和內(nèi)阻使用電壓、電流傳感器數(shù)字化物理實驗演示使用專用軟件y=-0.60x+3.00內(nèi)阻電動勢數(shù)字化物理實驗演示使用通用軟件內(nèi)阻:1.47Ω電動勢:2.79V數(shù)字化物理實驗演示小車插入2厘米擋光片。調(diào)整力傳感器的高度，使其掛鉤與小車的彈簧圈位于同一高度。光電門的位置：小車擋光結(jié)束后，立即與掛鉤相碰。8、動量定理力傳感器光電門數(shù)字化物理實驗演示實驗界面修改默認值數(shù)字化物理實驗演示擋光片再次通過光電門時，測得v，得到：p，

=mv，點擊“開始記錄”推動小車運動。擋光片通過光電門時，測得v得到：p=mv實驗過程動量的變化量Δp＝（p，－

p）

數(shù)字化物理實驗演示點擊“選擇區(qū)域”碰撞后的圖線力傳感器測得的F－t圖p=mvp，=mv，Δp數(shù)字化物理實驗演示對圖線內(nèi)的區(qū)域進行積分，得到面積。面積的物理含義：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，對實驗進行深入的研究。數(shù)字化物理實驗演示9/10、法拉第電磁感應(yīng)智能電源+法拉第電磁感應(yīng)定律實驗器Ⅱ感生感應(yīng)電動勢法拉第電磁感應(yīng)定律實驗器Ⅰ

動生感應(yīng)電動勢數(shù)字化物理實驗演示研制的裝置由不同高度下落，利用光電門測得速度v電壓傳感器測得對應(yīng)的電動勢

E圖線顯示

E和

v

的正比關(guān)系。數(shù)字化物理實驗演示磁鐵線圈擋光片光電門：測量線圈下落的速度電壓傳感器：測量電動勢數(shù)字化物理實驗演示S實驗過程：電動勢E速度v測量速度的同時，導(dǎo)體切割磁場，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢E200匝擋光片光電門電壓傳感器測量感應(yīng)電動勢磁鐵測量下落速度v磁力線1、研究：E=B

l

v數(shù)字化物理實驗演示改變線圈的下落高度匝數(shù)一定時，多次改變線圈的下落速度，研究電動勢與速度的關(guān)系；數(shù)字化物理實驗演示S實驗過程：電動勢E速度v磁鐵數(shù)字化物理實驗演示實驗顯示：感應(yīng)電動勢與速度成正比200匝2、研究：E=B

l

v數(shù)字化物理實驗演示改變匝數(shù)改變線圈匝數(shù)，重復(fù)實驗，完成另兩組測量。比較三組數(shù)據(jù)，研究電動勢與線圈匝數(shù)的關(guān)系。改變線圈的匝數(shù)數(shù)字化物理實驗演示改變線圈的匝數(shù)重復(fù)實驗實驗100匝300匝200匝數(shù)字化物理實驗演示感應(yīng)電動勢與導(dǎo)體長度的關(guān)系實驗顯示：感應(yīng)電動勢與匝數(shù)成正比電動勢之比1：2：3100匝200匝300匝取同一速度E=B

l

v數(shù)字化物理實驗演示另一種實驗方法：改變磁感應(yīng)強度，產(chǎn)生感應(yīng)電動勢。ΔBΔt

E∝由于磁通量φ的大小無法直接測量，但可以利用磁傳感器測量磁感應(yīng)強度B。將測量φ的變化快慢，轉(zhuǎn)變?yōu)闇y量B的變化快慢。這樣既不影響對物理本質(zhì)的理解，同時又具有可操作性。ΔφΔt

E=研究：研究：數(shù)字化物理實驗演示磁感應(yīng)強度感應(yīng)電動勢磁感強度不變電動勢恒定磁感強度均勻增加磁感強度均勻減小電動勢恒定電動勢為0磁感不變?yōu)?磁感應(yīng)強度變化與感應(yīng)電動勢教學(xué)：感應(yīng)電動勢的大小與磁感強度的變化快慢直接相關(guān)。當(dāng)磁感強度均勻變化時，感應(yīng)電動勢恒定。數(shù)字化物理實驗演示改變螺線管中的電流螺線管測量磁感應(yīng)強度實時實驗

1：觀察磁場的變化

螺線管的電流變化時，螺線管內(nèi)部的磁感強度也發(fā)生變化。B－t

圖數(shù)字化物理實驗演示實時實驗

2：磁感強度均勻變化時，感應(yīng)電動勢恒定。測量磁感應(yīng)強度測量副線圈的感應(yīng)電動勢副線圈原線圈調(diào)節(jié)電源，改變原線圈的磁感應(yīng)強度。可調(diào)電源改變原線圈的磁感應(yīng)強度。數(shù)字化物理實驗演示智能電源法拉第電磁感應(yīng)定律實驗器Ⅱ數(shù)字化物理實驗演示電源開關(guān)交直流轉(zhuǎn)換檔電壓輸出接口直流電壓調(diào)節(jié)旋鈕交流電壓調(diào)節(jié)旋鈕數(shù)字化物理實驗演示點擊“模式”按鍵，可選擇輸出梯形波、三角波、斜率連續(xù)變化的鋸齒波及手動改變電壓等模式。可調(diào)節(jié)輸出電壓信號的上升斜率可調(diào)節(jié)輸出電壓信號的下降斜率點擊“運行”輸出之前選擇的波形數(shù)字化物理實驗演示正向感應(yīng)電動勢大小恒定t1

t3

t4

t2

實時測量感應(yīng)電動勢反向感應(yīng)電動勢大小恒定電動勢為0磁感不變磁感強度均勻增加磁感強度均勻減小B－t

圖E－t

圖改變磁感強度的變化率K，感應(yīng)電動勢E將會如何？前后兩段時間的B變化大小相同，△t越小，產(chǎn)生的E越大。圖線充分說明：感應(yīng)電動勢的大小與磁感應(yīng)強度的變化快慢有關(guān)。數(shù)字化物理實驗演示磁感強度變化率

K

感應(yīng)電動勢EK1

K2

K3

E3

E2

E1

K4

E5

E4

K5

磁感強度變化率

K越大；感應(yīng)電動勢

E也越大；K1＜K2＜K3＜K4

＜K5E1＜E2＜E3＜

E4

＜

E5實驗

3：研究

E

和

的關(guān)系ΔBΔt

存在什么關(guān)系？E

和ΔBΔt

K=數(shù)字化物理實驗演示電動勢E實驗顯示：感應(yīng)電動勢與磁感應(yīng)強度的變化率成正比ΔBΔt

斜率K=研究

E

和

的關(guān)系ΔBΔt

ΔBΔt

E∝數(shù)字化物理實驗演示FI寬邊

窄邊

11、安培力S力傳感器電流傳感器多次改變電流

I，測量對應(yīng)的

F。數(shù)字化物理實驗演示磁場對線圈寬邊的作用FI磁場數(shù)字化物理實驗演示磁場對線圈窄邊的作用數(shù)字化物理實驗演示12、向心力的研究數(shù)字化物理實驗演示力傳感器測量向心力光電門測量旋轉(zhuǎn)速度砝碼數(shù)字化物理實驗演示重視實驗前儀器的調(diào)整

搖臂砝碼旋轉(zhuǎn)螺栓數(shù)字化物理實驗演示原理示意圖砝碼向心力自重引起誤差搖臂支撐點連接桿受力