中学生物理实验-6—数字化(DIS)实验研究

中学物理实验报告实验名称数字化（DIS）实验研究班级姓名学号实验日期2013/4/28同组人一、实验目的1、熟悉DIS的使用方法，熟练DIS的操作步骤要领；2、明确DIS实验的原理，能够感知实验的设计过程；3、参与DIS的操作过程，获得实验的体会；4、在实验过程中探讨教学方法，提高自己的教学技能；二、实验过程实验一：摩擦力（1）实验器材朗威®DISLab数据采集器、力传感器、配重块、摩擦力实验器、计算机、砝码、弹簧测力计。（2）实验操作1、将力传感器接入数据采集器，并与摩擦力实验器相连。2、点击教材专用软件主界面上的实验条目“用DIS研究摩擦力与哪些因素有关”，打开该软件。3、点击“开始记录”，对传感器进行软件调零。4、选择摩擦力大的滑块，打开摩擦力实验器电动机电源开关，使滑块下底板在电动机的牵引下由静止状态变为匀速运动状态过程，点击“停止记录”，观察实验曲线。5、选择100g的滑块，重复上述操作，得到滑动摩擦力与时间的关系。6、将实验获得的f-t图线置于显示区域中间，点击“选择区域”，选择需要研究的一段f-t图线即可得到相应的摩擦力数值。7、在100g滑块上添加不同质量的砝码，重复实验后得到一组摩擦力数据。8、点击“Ff-Fn图像”，得到一组数据点，对数据点进行“直线拟合”，总结摩擦力与正压力的关系。（3）实验数据（最大砝码由静止变匀速）（“选择区域”相应摩擦力数值）图26-1研究摩擦力与哪些因素有关实验装置（一组不同质量砝码摩擦力数据）由实验数据可知：摩擦力随着正压力的变大而变大，所以摩擦力与正压力成正比实验二：气体压强与体积的关系及烛光光强的测定（1）实验目的1、了解气体压强与体积的关系；2、研究烛光的光强。（2）实验原理在使用“cd”（坎德拉）作为光强单位之前，“烛光”曾经作为光强度的标准计量单位被使用多年。探照灯、照明弹等都以“××万烛光”来说明其亮度。尽管我们日常使用的蜡烛与定义“烛光”时使用的蜡烛不同，但探究一下其发光强度是有一定意义的。（3）实验器材朗威®DISLab数据采集器、压强传感器、注射器、计算机、火柴、激光笔、普通照明蜡烛、光强度传感器。（4）实验操作（一）气体压强与体积的关系1、将压强传感器接入数据采集器。点击通用软件。2、点击“开始记录”，观察压强传感器实时测得的大气压强值。3、把气球置于初始位置，并将气球口压强传感器前端软管紧密连接，确保其气密性。4、点击“记录数据”，记下此刻压强值，不断挤压气球，实时记录。5、把气球挤破，记下此时压强值。6、返回主页面，点击教材专用软件主界面上的实验条目“气体压强与体积的关系”，打开该软件。7、点击“开始记录”，观察压强传感器实时测得的大气压强值。8、把注射器活塞置于初始位置（本次实验为11ml处），并将注射器与压强传感器前端软管紧密连接，确保其气密性。9、在软件窗口下方的表格中输入活塞初始位置对应的气体体积值。点击“记录数据”，记录下此刻的压强值。10、连续改变注射器活塞的位置使气体体积发生变化，将变化后的体积值输入到表格中，同时记录该体积对应的压强值，获得多组数据。点击“数据计算”对表格中数据进行计算。11、点击“P-V绘图”，根据已有数据点绘出“压强-体积”关系图线。12、点击“P-1/V绘图”，绘出“压强-体积倒数”关系图线。注意：点击“清屏”按钮，可清除已绘制的图线；如实验数据有误，可点击“清除本图13-1气体压强与体积关系实验装置图次数据”，重新进行实验；读取体积数据时，应考虑到软管中气体的体积（约1ml）；因绘出的图线是基于数据点拟合得来，所以“P-V”数据少于三组时，点击“绘图”后只出现数据点，不能绘出相应的图线。（二）烛光光强的测定1、将光强分布传感器接入数据采集器；2、保持烛光与光强分布传感器的距离为32cm不变，点亮一支蜡烛，待其烛光稳定后，得到光强度图线；将蜡烛的数量依次增加到两支、三支和四支，分别得到光强度图线。3、比较可见：随着烛光数量增多，光强度在增强。注意：本实验是在暗室中完成的。（5）实验数据（P-V图）（P-V1图）由图示和数据可知：：压强与体积的倒数成正比（烛光光强图线）实验三：乐声与噪声波形（1）实验目的：观察噪声波形（2）实验原理：噪声是发声体无规则振动时发出的声音。（3）实验器材：朗威®DISLab、计算机、声波传感器。（4）实验过程与数据分析1、将声波传感器接入数据采集器第一通道；结论：随着烛光数量增多，光强度在增强实验操作中要求烛光与传感器相距32cm处，但实际实验中32cm处电脑上数据无变化，分析原因是因为实验不是在暗室中进行自然光影响实验，故选取10cm处进行实验。2、用书本敲打桌子，唱歌，播放音乐等；3、记录实验波形，分析原因。（5）实验数据（尖叫声波形）（唱歌波形）我们小组做了尖叫声与音乐声的波形比较，发现尖叫声波形无规则，而音乐声没有尖叫声起伏那么大和突然，所以人们在听音乐时不会觉得像尖叫那么刺耳。实验四：通电螺线管的磁感强度测量（1）实验目的：观察通电螺线管内部磁感应强度大小，并研究其分布规律。（2）实验原理：通电螺线管产生磁场，其方向符合右手螺旋定则。（3）实验器材：朗威®DISLab、计算机、螺线管、稳压电源、直尺、导线等。（4）实验步骤1、将磁传感器接入数据采集器；2、螺线管接入6V稳压电源，水平放置在桌面上。调节磁传感器的高度使其探管正好在螺线管的轴心线上通过；3、打开“计算表格”，调节磁传感器探管前沿与螺线管一端相距1cm；4、增加变量“s”表示磁传感器移动的相对距离，记录当前磁感强度值，输入s值为“0”；5、将磁传感器向螺线管内每次移动0.5cm，输入s值并记录对应的磁感强度数据；6、打开“组合图线”，选择X轴为“s”、Y轴为“B1”，基于已获得的实验数据，得到通电螺线管内部的磁感应强度与相对距离关系图线；7、点击“锁定”，锁定当前图线；将电源电压调整为3V（改变通过螺线管的电流强度），重复步骤3-6，得到另一条图线，比较二条图线的异同；8、将位移传感器接收器接入数据采集器的第一通道，将发射模块与磁传感器固定在一起（保持同步运动），用位移传感器实时测出的距离替代人工读数；将磁传感器接入第二通道，在“组合图线”中设置“位移-磁感强度”图线；9、拉动磁传感器在螺线管中运动，即可获得“位移-磁感强度”图线；10、改变供电源电压，使线圈中的电流随之改变，重复上述实验，可得出几组不同的图线；11、分析比较各组图线的异同，归纳决定通电螺线管磁感强度因素。讨论：什么是匀强磁场？获得匀强磁场，需要螺线管具备什么样的特征？图76-1实验装置图（5）实验数据（图1：螺线管内部磁感强度）（图2：网上资料：磁感强度分布规律）因时间关系，这个实验没做电压对磁感强度的影响，但根据上网查的资料，现在对结果进行分析：螺线管内部磁感强度是呈如图1分布，不是单一线性关系，而螺线管内部磁感强度还与两端所加电压有关，分布规律如图2，在加了电压后磁感强度比不加时大。实验五：心率的测量以及比较运动前后人体呼吸率变化的测量（1）实验目的1、通过使用心电图传感器测量被测者心电图，计算出被测者心率；2、监测并比较人体安静状态下和深呼吸状态下的呼吸状态。（2）实验原理心电图是心脏在每个心动周期中，由起搏点、心房、心室相继兴奋，伴随着生物电的变化，通过心电描记器从体表引出多种形式的电位变化的图形（简称ECG）。心电图是心脏兴奋的发生，传播及恢复过程。通过心电图传感器测量出R-R间期，即心房频率。气体交换，也就是一般呼吸所指的意思，指生物呼出二氧化碳及吸入氧的行为，也称：呼吸运动”。（3）实验器材朗威®DISLab数据采集器、计算机、心电图传感器、呼吸率传感器、呼吸监控带。（4）实验过程（一）心率的测量1、连接计算机、数据采集器及心电图传感器，将心电图传感器接入对应颜色的电机夹上。打开计算机，进入实验软件系统。点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器。2、将心电图传感器电极夹夹于被测者腕部，左手为黑黄色电极夹，右手为红色电极夹。3、打开“组合图线”，添加“时间—心电图”图线，显示被测者心电图随时间的变化，检测心电图过程中被测者手部应保持平放。4、将心电图一个周期的图像放大后选取有效范围（可选择相邻两R波间距离），界面下方X标尺中两个最低点间距离，即为被测者心跳周期。5、被测者心率=60/心跳周期（二）比较深呼吸与平稳呼吸的人体呼吸率变化测量1、连接计算机、数据采集器、呼吸率传感器和呼吸监控带。进入实验软件系统，点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器。2、将呼吸监控器绑在腰部，粘牢。将气囊处的小螺丝逆时针拧开，挤压气囊数下，腹部感觉到压力即可停止，并顺时针拧紧螺丝。3、添加呼吸率随时间变化的曲线（红色），采集30—60s后停止，锁定曲线，逆时针拧开螺丝，放气。4、解开腰腹部的监控带。再测深呼吸的时候的呼吸率随时间变化。(5)实验数据（时间-心电图）图像被测者心率=60/心跳周期=60/0.72=83（平稳呼吸）（深呼吸）实验六：有氧运动对呼出气体成分的影响（1）实验目的：探究有氧运动对呼出气体成分的影响。（2）实验原理气体交换，也就是一般呼吸所指的意思，指生物呼出二氧化碳及吸入氧气的行为，也称“呼吸运动”，有氧运动会加快机体代谢，消耗更多的氧气产生更多的二氧化碳，氧气和二氧化碳进出机体是通过肺换气完成的，利用氧气传感器，在运动前后对呼出气体氧含量进行测量，可了解有氧运动对呼出气体成分的影响。（3）实验器材：朗威®DISLab数据采集器、计算机、氧气传感器。（4）实验过程1、连接计算机，数据采集器、氧气传感器，打开电源，进入实验软件系统；2、点击“通用软件”，系统自动识别所接入的传感器。3、在平静状态下用干净已排空气体的塑料袋采集呼出的气体（采集前不可憋气），用氧气传感器测量。4、做深蹲或俯卧撑几分钟，随即采集呼出气体，用氧气传感器测量。5、比较运动前后两个氧气含量的数据。（运动前）（运动后）经过对比发现：有氧运动会加快机体代谢，消耗更多的氧气产生更多的二氧化碳，利用氧气传感器检验，在运动后呼出气体的氧含量比运动前少，也就是说运动后呼出气体中二氧化碳含量增多。三、实验结论通过本次实验，我掌握了各种传感器的作用、使用方法和操作步骤，发现现在的科技真的是在飞速发展，以前我们想要测量的一些数据比如光强度、氧气含量等都要通过测量其他的数据，再通过公式换算才能得到，又或者测量此数据的仪器、过程很复杂，但现在各种传感器不仅能直接测得我们所要的数据，而且操作简单，还能通过计算机处理数据，直接得出图表和结果，为我们物理实验解决了很多繁琐的过程，所以传感器是一种很方便、实用的测量装置。但是，我们在实验过程中发现，传感器也不是万能的，比如测烛光光强时，传感器也会受到自然光的影响，所以，我们在做实验时还是要注意误差分析。不过，不可否认的是，传感器真的是很有用的仪器，随着以后科技的进一步发展，我们物理实验中还会出现更多这样的高科技仪器，这就对我们师范专业或者教师提出了更高的要求，不仅要懂得以前的测量方法，也要涉及这些科技仪器，只有通过不断学习，才能满足社会和学生的要求。