高中物理数字化实验教学的二个实例探索

吴玉霞

【摘 要】数字化物理实验系统已经出现，教师应紧跟时代发展，掌握现代化测量技术，不断提高数字化实验能力。

【关键词】数字化物理实验；DIS软件

在科技飛速发展的今天，数字化物理实验已进入高中物理教学领域。我校于2015年9月引入数字化实验系统，在实际教学中，我们经历了从陌生到熟悉，再从熟悉到应用自如的过程。深刻体会到学无止境，只有不断努力，才能跟上时代发展的步伐。我们在工作中针对数字化物理实验时遇到的问题和困难所在，即不会操作实验入手，一步一步，循序渐进。先进行所有实验器材与电脑的连接，然后主攻数字化实验操作软件。因为数字化物理实验需要与电脑连接完成实验，而电脑中完成实验的是专门的数字化实验系统软件，即DIS实验软件。所以只有完全掌握好DIS教学软件，才能完成物理数字化实验。这正是数字化物理实验的重点和难点所在。下面从电学和力学的二个教学实例来说明我们是如何开展数字化物理实验的。

一、光敏电阻和热敏电阻的特性

光敏电阻和热敏电阻是常见的制作传感器的元器件。传感器能感受光、热等非电学量，并能把它们按照一定的规律转换为电压、电流等电学量，广泛应用于我们的生活中。此实验可帮助学生加深对传感器的理解。引导学生接触高科技领城。实验电路图如下所示：

（1）教学中首先把电学实验板、电流和电压传感器（即电路图中电压表和电流表），直流6v电源正确连接。然后把电流和电压传感器的数据线接入数据采集器，通过数据采集器的数据线接入计算机的USB接口。

（2）双击打开实验系统软件DIS，选择教材通用软件，点击新建实验进入实验平台。进入实验平台后，首先观察DIS软件中左上方四个数据采集器通道是否显示已接电流和电压传感器。若显示接入则继续实验；若没连入，则需要检查所有接入计算机的数据线是否接触良好；直至数据采集器通道显示无误，方可进入实验环节。

（3）单击“新建活页夹”图标，打开“模板选择”对话框，选择模板3图标。此时在显示屏幕的主体部分分别显示左右两个分别独立的坐标图。然后再点击“图线编辑”对话框。在显示下拉菜单中选择图线显示左，在x轴下拉菜单中选择时间，y轴选择电压，在颜色下拉菜单中选择任一颜色（如蓝色），点击增加。同理设置右边的坐标图：点击“图线编辑”对话框，在显示下拉菜单中选择图线显示右，在x轴下拉菜单中选择时间，y轴选择电流，在颜色下拉菜单中选择与左边图中显示点不同的颜色（如红色），以达到区别电压和电流的目的，再点击增加。然后设置实验时间为“10秒”，采集间隔“1.25毫秒”。

（4）传感器校准。①将电压传感器红黑鳄鱼夹短接，点击传感器设置区域传感器校准按扭，弹出校准对话框，选择对应通道的“电压传感器”；点击“校准”按扭弹出对话框，待左下角数值稳定后在“真实值”一栏中输入“0”点击“校准”“确定”，最后再次点击“确定”即可。②用同样方法校准电流传感器。

（5）点击“退出”按扭，退出校准界面，完成后将传感器重新接入实验电路板接线柱。

（6）开关拨至光敏电阻一侧，点击实验“开始”按扭，采集数据，同时打开手电筒照射光敏电阻，片刻之后关闭手电筒。数据采集完成后，点击“结束”采集按扭。实验结果如下图所示：

电流的图像与电压图像正好相反，即电压增大时电流减小。

（7）重新开始实验，开关拨至热敏电阻一侧，点击实验“开始”按扭，采集数据。同时用火柴烧热敏电阻片刻之后，熄灭火柴。数据采集完成后，点击“结束”采集按扭。实验结果与光敏电阻实验近似，图像也类似。即电压增大时，电流减小。

二、探究加速度与拉力和质量的关系

1.实验过程如下所示

本实验装置与传统实验装置类似，但还是有许多不同。不同之处是在导轨旁安装固定了两个光电门传感器，并把光电门传感器与数据采集器连接，数据采集器再与计算机USB接口连接。在小车运动过程中，用单挡板挡光后，采集实验数据。

2.先探究a与F的关系

（1）打开实验系统软件DlS，选择教材通用软件，点击新建实验平台，进入实验平台后，首先观察DIS软件中左上方四个数据采集器通道是否显示已接两个光电门传感器。若显示接入则继续实验；若没连入，则需要检查所有接入计算机的数据线是否接触良好；直至数据采集器通道显示无误，进入实验环节。然后再点击“新建活页夹”图标，选择其中最后一个模板，即显示窗口的左侧为实验数据，右侧是一个坐标图的模板。

（2）点击光电门设置按扭，对光电门进行如下设置：①选择实验类型为直线运动，测量方式A到B，点击下一步；②选择光电门A为固定在导轨上端的光电门通道，选择光电门B为固定在导轨下端的光电门通道，点击确定；③选择被测物理量为加速度，挡光类型为单挡板，点击下一步；④光电门触发采集选择加速度，单挡板的宽为2cm，点击完成；

（3）点击公式编辑变量按扭，编辑变量和公式：①增加变量名m，名称质量，点击增加；②增加变量名F，名称拉力，公式m×9.8，点击完成。

（4）点击数据列选择按扭，选择要显示的变量，勾选“m、a、F”点击“确定”；点击“图线编辑对话框”，在x轴下拉菜单中选择拉力，y轴选择加速度，点击增加；

（5）在绳的一端增加一个钩子，每添加一次重物（即每次增加2克），点击手动测量按扭记录一次数据，采集足够的数据后点击停止按扭，结束数据采集。

（6）实验结束后在数据表m列输入相应的质量数值。

（7）实验结果较为理想，图像与教科书一致。

3.再探究a与m的关系

与a与F实验操作过程类似，只是增加变量名不同。增加的是m和1/m。实验结果与教科书一致。

通过以上二个教学实例，与传统物理实验相比，数字化物理实验在实验数据的采集与处理方面，都优于传统物理实验；同时对教师的实验技能也提出更高的要求。以前传统的教科书中没有传感器实验，现在的教科书中有大量的传感器实验。而这些实验都需要数字化实验系统来完成。所以，不断努力，掌握现代化的测量技术，是时代的发展要求，也是物理教师的必备技能。浅谈二个数字化物理实验操作过程，愿与大家共勉。

参考文献：

[1]《中小学实验与装备》，2016年第1期.