高中物理数字化实验探析.docVIP

高中物理数字化实验探析摘要：《物理》是一门实验学科，为了适应信息化时代的要求和新世纪创新人才的培养，高中新课程将数字化实验引入到课堂，以期打造出信息技术与物理教学整合的新型教学模式。做好新课程下高中物理数字化实验，对提高物理课堂效果有十分重要的意义。 关键词：高中物理；数字化实验 中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1671-0568（2012）13-0135-03 《基础教育课程改革纲要（试行）》指出：“大力推进信息技术在教学过程中的普遍应用，促进信息技术与学科课程的整合，逐步实现教学内容的呈现方式，学生的学习方式，教师的教学方式和师生互动方式的变革，充分发挥信息技术的优势，为学生的学习和发展提供丰富多彩的教育环境和有力的学习工具。” 一些较早进入高中新课程的地区和学校，已经在几年前就建成了专门的数字化实验室，并在物理教学实践中获得了传统实验无法取代的效果。在一些国家级的课堂教学大赛上，来自北京、上海、西安等地的选手已能将数字化实验淋漓尽致地运用到课堂教学实践中，令前来观摩的广大教师瞠目结舌、感叹不已，目前物理数字化实验已在全国各地刮起了一阵劲风。 自2010年秋季开始，甘肃省也作为最后一批省份全面进入高中新一轮课程改革实验。兰炼一中作为甘肃省新课程实验样本校，为了达到高中物理新课程对数字化实验的基本要求，筹集资金购置了相关器材，这套实验装置与传统实验相比，一切都是新的。如何做好新课程下高中物理数字化实验的研究与开发，打造信息技术与物理教学整合的新型教学模式，实现传统实验与数字化实验的有机结合，有效推进高中物理新课程实践，是摆在同行面前的一大课题。 一、数字化实验设备简介 设备流程如图1 常规实验仪器：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。 传感器：将物理学中的力、热、光、电等非电学量转化成电信号，并将电信号传递到数据采集器。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。 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。 计算机：通过专用的软件对数据采集器输入的信息进行处理，将实验结果以图表、图像、函数等形式直观的表达出来。 由此可知，数字化实验是将传感器、计算机与传统的实验仪器结合，是传统实验方法的发展和数据处理的科学化，呈现的是真实的实验，数据处理上更严谨、规范。 二、数字化实验应用案例分析 1．应用数字化实验设备认识摩擦力的规律。摩擦力是高中物理最重要的概念之一，新课程标准对本节的要求之一是通过实验认识滑动摩擦、静摩擦的规律，并能用动摩擦因数计算摩擦力。实验原理是让木块匀速运动，应用二力平衡的知识用拉力来反映摩擦力。 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固定长木板上的木块，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，数据的变化不易看清楚，只能定性研究。 用传感器参与本实验，实验原理不变。但图2中的弹簧秤换为力传感器效果也不好。可以改用图3的实验装置，将力传感器固定，感知力的一端通过细绳与木块连接，使木块始终保持相对地面静止，在外力作用下拉动木板，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。实验数据通过力传感器、数据采集器传入计算机，经过专门的软件处理，就将摩擦力随时间（外界拉力）变化的过程以图像形式直观的展现出来了。这时只需要引导学生对图像进行分析，不难得出“静摩擦力随外界拉力的增大而增大（f静=F动），而滑动摩擦力与外界拉力无关，且滑动摩擦力小于最大静摩擦力”的特点。 在探究滑动摩擦力的大小与正压力和接触面的粗糙程度的关系时，只需要分别在图2所示的实验装置中改变物块的重力（在物块上添加钩码）和改变木板与物块之间的粗糙程度（垫上毛巾、改用毛玻璃等），重复上述实验，测得数据，并对电脑显示图像进行对比分析，就可以得出“滑动摩擦力与正压力成正比，且与接触面的粗糙程度有关”的结论，同时也可以算出不同情况下的动摩擦因数，实验中常用的控制变量法也在本实验中得到了很好的应用。 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，图像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提升为严谨、科学。 2．应用数字化实验设备分析电磁感应现象。问题提出：在图4所示的实验装置中，若条形磁铁下无闭合线圈，磁铁会振动较