数字化实验在物理教学中应用的实践与思考.docVIP

数字化实验在物理教学中应用的随着国家新一轮课程教材改革的推进，数字化实验室信息技术与教学整合的新型模式传统的仪，将实验数据采集之后计算机分析处理，展示现象揭示规律。数字化实验室信息技术与教学整合的新型模式二、对数字化实验设备和结果的简介（如图1） 1．传感器：数字化实验的核心部件。“感”将物理量转化成电信号；“传”将电信号传递到数据采集器装置和计算机平台。教学中常用的传感器包括力传感器、位移传感器、热传感器、电流电压传感器、光传感器、声传感器等等，图中是一个位移传感器。 2．数据采集器：采集传感器感知的数据，并传给计算机，可以说是传感器与计算机连接的转换器。 3．实验仪器：完成某一物理实验需要的仪器，如小车、导轨、灯泡、电源、开关、线圈、磁铁等。 4．计算机及其内部处理由传感器传递的数据的软件。 5．实验结果：实验中采集数据计算机分析处理，现象规律传统的仪， 传统教学中采用图2的装置，用弹簧秤水平拉一个放在水平长木板上的木块，学生通过观察木块从不动到运动的过程中弹簧秤示数的变化，来认识摩擦力。但由于仪器较粗糙， 数据的变化不易看得很清楚，本实验大多情况下作为了一种模糊的定性研究。 用传感器参与本实验，实验原理不变。但图2中的弹簧称换为力传感器效果也不好。于是我们想到用图3的装置，将力传感器固定，感知力的一端通过一段弹性不大的细绳与木块连接做本实验，这样木块始终与地保持相对静止。拉动木板，在刚加拉力时木块与木板有相对运动趋势，木块与木 板间有静摩擦力，木板运动起来，木块与木板有滑动摩擦力，由于木块始终相对静止，因此各个时刻的拉力就反映了对应的摩擦力。实验数据传入计算机，木块抽动过程中拉力的变化以图4中的红线形式展示。这样木块由不动到运动中摩擦力的变化就通过拉力变化的图线清楚的呈现给学生。 对图象做进一步分析看出图中的①表明木块还未受到拉力时完全静止的一个过程，木块受拉力为零，因此摩擦力为零。图中②体现木块与木板相对静止时在不动到要滑动的过程中静摩擦力随拉力的增大而增大，图中③是物体动与不动的分界点，此时的摩擦力是最大静摩擦力，图中④体现的是物体的运动过程，图中清楚显示滑动摩擦力小于最大静摩擦力，且在运动中保持一个定值。所以通过图4的完整图线很好的反映了学生认识摩擦力的第一个层次——感知摩擦力。 第二层次是在此基础上继续研究正压力和接触面的粗糙程度对滑动摩擦力的影响。图5对应的是木块放在毛玻璃表面，图6是木块放在包装纸的表面。两图表格中的“平均”显示的是在毛玻璃表面分别施加三个压力和在包装纸表面分别施加同样的三个压力实验时滑动中对应的拉力大小，也就反映了各次滑动摩擦力的大小。测量木块重1.5N，在木块上依次加250 g砝码，使正压力依次为1.5 N，4 N，6.5 N。再将得到的数据用excel处理得到的如图7的图、表，这样处理本实验既分析出滑动摩擦力与正压力间的正比例关系，又知道这个比例系数由接触面的粗糙程度决定，更可以算出相应的动摩擦因数，且控制变量法也一目了然。 由以上分析可以看出，传感器的介入提升了实验数据分析的层次。图象的展示进一步培养了学生的观察能力和分析能力，让教师无须语言的赘述，学生对摩擦力的认识通过理性的数学分析得出，使学生认知水平得到提升，将教学内容由过去的粗糙丰富为严谨、科学。本课作为我区传感器进课堂的公开课2006年11月间在全区展示。 2．在电学中选取课例是《楞次定律》的习题课。 《楞次定律》是电磁学的重点和难点。图8是现用高二必修加选修第211页A组第2题（该题和图同时是选修3-2第31页的第2题），题目是若条形磁铁下无闭合线圈，磁铁会振动较长的时间才停下来，若条形磁铁下有闭合线圈，磁铁振动会较快的停下来，要求解释此现象。 我们将本题开发成实验，作为《楞次定律》一节中的一个理解楞次定律电流方向的判定和能量转化的实验出现。将图8按照图9组装，可以得出图10的图象。从图中清楚的显示出随时间的延长，线圈中感应电流在衰减，并对感应电流的方向有了明确的认识。图10还可以进一步应用到这一章的“涡流”一节，使学生对“电磁阻尼” 的理解困难迎刃而解。 本实验曾引起了学生的极大兴趣，学生们自己组装实验，并从实验开始就认真盯着大屏幕逐渐显示出的图象，当磁铁停止振动后都很认真的读着数据，热烈地讨论图象的物理意义，对楞次定律有了更进一步的理解。电流传感器的应用捕捉瞬间感应电流。 3．在热学中选取课例是《内能的改变 热量》。 图11展示的是用热传感器反映气体内能变化的实验。实验的主要器材是一根被改制的自行车内胎，即用紧箍和一段玻璃管与车胎组成密闭容器，将温度传感器伸入到玻璃管中，以便学生能够观察到传感器。图12是得到的数据图，当用手握住玻璃管部分，由于热量的传递，管内温度升高通过气体传给传感器，图线中①反映了这一过程，图线中