浙江省初中科学数字化实验指南.docx
《浙江省初中科学数字化实验指南.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《浙江省初中科学数字化实验指南.docx（68页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
浙江省初中科学数字化实验指南
浙江省初中科学数字化实验指南
目次
2规范性引用文件……………………………………………………………………………61
3术语…………………………………………………………………………………………61
4总则…………………………………………………………………………………………62
5管理制度…………………………………………………………………………………62
6实验项目…………………………………………………………………………………62
7实验项目的选择因素………………………………………………………………………63
8实验项目配套仪器…………………………………………………………………………66
9实验案例…………………………………………………………………………………68
9.1力学试验……………………………………………………………………………68
9.2振动与波实验………………………………………………………………………73
9.3分子物理学和热学实验……………………………………………………………75
9.4电磁学实验…………………………………………………………………………78
9.5光学实验……………………………………………………………………………86
9.6生物学实验…………………………………………………………………………87
10教师开展数字化实验所需知识和能力………………………………………………88
附录A（规范性附录）初中科学学科数字化实验专用仪器技术条件……………………90
图1平衡力作用下的物体运动实验装置示意图……………………………………………69
图2摩擦力实验装置示意图…………………………………………………………………69
图3典型的摩擦力实验图线…………………………………………………………………70
图4大气压强测量实验器示意图……………………………………………………………70
图5液柱压强实验器示意图………………………………………………………………71
图6测压盒结构示意图……………………………………………………………………71
图7用气压传感器做液体内部压强实验装置图示意图…………………………………72
图8用气压传感器做液体内部压强实验结果示意图……………………………………72
图9斜面的机械效率装置示意图…………………………………………………………72
图10流体的流速与压强关系实验装置原理图……………………………………………73
图11500Hz音量大…………………………………………………………………………74
图12500Hz音量小…………………………………………………………………………74
图131000Hz音量大………………………………………………………………………74
图141000Hz音量小………………………………………………………………………74
图15噪声波形………………………………………………………………………………75
图16机械能热能转换实验示意图…………………………………………………………75
图17水的沸腾实验装置示意图……………………………………………………………76
图18水的沸腾汽化热实验示意图线………………………………………………………76
图19沸点与压强的关系实验装置示意图…………………………………………………76
图20气体做功内能减少实验装置示意图…………………………………………………77
图21晶体熔解实验装置示意图……………………………………………………………77
图22晶体熔解实验示意图线………………………………………………………………77
图23热辐射吸收实验装置示意图…………………………………………………………78
图24热辐射的吸收实验示意图线…………………………………………………………78
图25导体电阻实验器示意图………………………………………………………………78
图26玻璃导电实验装置示意图……………………………………………………………79
图27玻璃导电实验结果示意图……………………………………………………………79
图28欧姆定律实验电原理图………………………………………………………………80
图29焦耳定律实验电路图………………………………………………………………80
图30焦耳定律实验器示意图……………………………………………………………80
图31焦耳定律实验示意图线………………………………………………………………81
图32电磁铁实验器示意图…………………………………………………………………81
图33电磁铁实验效果示意图………………………………………………………………81
图34感应电流实验装置示意图……………………………………………………………82
图35四匝线圈的感应电流示意图…………………………………………………………82
图36单匝线圈的感应电示意图流…………………………………………………………82
图37导体在磁场中运动时产生感应电流的条件实验装置示意图………………………82
图38单根导体切割磁感线产生感应电流效果示意图……………………………………82
图39磁场对通电导线作用实验装置示意图………………………………………………83
图40测量小灯泡的电功率实验电原理图………………………………………………84
图41测定小电动机效率实验装置示意图………………………………………………85
图42用磁感应强度传感器测量磁钢示意图……………………………………………85
图43红外线的热效应实验装置示意图…………………………………………………86
图44红外线的热效应实验结果示意图…………………………………………………87
图45光合作用实验装置示意图…………………………………………………………87
图A1通用接线柱…………………………………………………………………………93
表1初中科学开设的数字化实验……………………………………………………………62
表2选择各实验项目的因素…………………………………………………………………64
表3各实验项目的实验仪器…………………………………………………………………67
表A1初中科学数字化专用实验仪器………………………………………………………89
表A2抽样数和接收/拒收数………………………………………………………………97
1范围
本文件规定了初中科学学科数字化实验的总则、管理制度、实验项目、实验项目选择的参考因素、实验项目配套仪器、实验案例，以及教师开展数字化实验所需知识和能力。
本文件适用于浙江省初中科学数字化实验项目的选择和实验仪器的确定。
本文件可作为初中科学数字化实验的参考方案。
2规范性引用文件
下列文件对于本文件的应用是必不可少的。
凡是注日期的引用文件，仅注日期的版本适用于本文件。
凡是不注日期的引用文件，其最新版本（包括所有的修改单）适用于本文件。
GB/T15724-2008实验室玻璃仪器烧杯
GB15810-2001一次性使用无菌注射器
GB/T21298-2007实验室玻璃仪器试管
GB/T22362-2008实验室玻璃仪器烧瓶
JY0028－1999滑动变阻器
JY0029－1999电阻圈
JY0057－1994教学用磁钢
JY0117－1991教学用闸刀开关
JY172－1984杠杆
JY177-1984机械能热能互变演示器
JY0361-1999教学电源
JY/T0393-2007教学支架
JY/T0415-2010U型管微小压强计
JY/T0424-2011教学用玻璃仪器酒精灯
《钩码、槽码》
《透明盛液筒》
《教学用E10螺口灯座》
《浙江省中小学教育技术装备管理规则》
《初中科学数字化实验条件装备要求》
3术语
下列术语适用于本文件。
3.1
计算机实验数据采集系统computerexperimentdataacquisitionsystem
由非电量转换为电学量的传感器采集实验数据，经过A/D转换，由计算机进行数据处理、存储和显示（或者其它执行动作）的系统。
注：
（1）数据处理包括对原始数据进行适合于显示的处理，以及根据使用者需要进行的数学处理。
（2）根据使用者需要进行的数学处理可以包括比较、分析，以及例如多项式（一次、二次、三次）、反比、指数（以e为底和以任意数为底）、对数（自然、常用）、正弦的拟合；求平均数、最大值、最小值；求导和积分的计算。
（3）实验数据计算机采集系统中的电流、电压传感器是不属于非电量转换为电学量的特例，但是其中也需要进行适合于系统进行处理的转换。
（4）本术语不含虽然采用了数字信号处理，但是不具有上述功能的设备。
3.2
数字化实验Digitalexperiment
教学中采用计算机实验数据采集系统进行的对自然现象进行观察、分析、比较、测量等科学实验。
3.3
初中科学数字化实验Digitalexperimentforthejuniormiddleschool"science"discipline
初中《科学》学科开展的数字化实验。
注：
实验中的数据处理往往简化，一般不进行数学计算，直接显示实测数据或者图线。
4总则
4.1初中科学数字化实验项目应由学校根据教学需要选择，并确定开展实验的方式。
4.2开展数字化实验的关键在于师资力量。
学校应充分重视师资培训。
教师应多实践，多研究。
5管理制度
按《浙江省中小学教育技术装备管理规则》第2.6～2.8条。
6实验项目
初中科学学科宜选和可选的数字化实验项目见表1。
表1初中科学开设的数字化实验
编号
实验名称
宜选
可选
力学实验
1
平衡力作用下的物体运动
▲
2
摩擦力◆◆
▲
3
大气压强
▲
4
液柱的压强
▲
5
液体内部压强◆
▲
6
斜面的机械效率
▲
7
定滑轮与动滑轮
▲
8
机械能守恒
▲
9
液体的流速与压强
▲
振动与波实验
10
音调和响度◆
▲
表1续初中科学开设的数字化实验
编号
实验名称
宜选
可选
11
噪声波形◆
▲
分子物理学与热学实验
12
机械能热能转换
▲
13
液体沸腾时温度不变◆
▲
14
液体汽化时温度降低
▲
15
沸点与压强的关系
▲
16
气体做功内能减小◆◆
▲
17
晶体的熔解与凝固◆
▲
18
热辐射的吸收
▲
电磁学实验
19
影响导体电阻大小的因素
▲
20
玻璃导电◆◆
▲
21
欧姆定律实验
▲
22
焦耳定律实验◆
▲
23
影响电磁铁磁性强弱的因素
▲
24
电磁感应现象◆
▲
25
导体在磁场中运动时产生感应电流的条件◆
▲
26
磁场对通电导线的作用力
▲
27
小灯泡的电功率
▲
28
小灯泡的伏安特性曲线◆
▲
29
小电动机效率
▲
30
磁钢的磁场
▲
31
地球的磁场
▲
32
电池原理
▲
光学实验
▲
33
红外线的热效应◆◆
▲
生物学实验
▲
34
绿色植物的光合作用
▲
35
水生植物光合作用产生氧气
▲
36
植物呼吸作用放出二氧化碳
▲
37
种子萌发吸收氧气，放出二氧化碳
▲
注：
表中“宜选”表示推荐学校优先选择，“可选”表示也可由学校选择。
“◆”表示最好用图像显示，也可不用图像显示，“◆◆”表示必须用图像显示。
“▲”表示选择该项的选择要求。
各实验所需计算机实验数据采集系统传感器的情况和装备方案详见《初中科学数字化实验条件装备要求》。
7实验项目的选择参考因素
各实验项目选择的因素参见表2。
表2选择各实验项目的因素
编号
实验名称
内容
力学实验
1
平衡力作用下的物体运动
这是牛顿第一定律的内容。
物体受到的作用力大小相等、方向相反（即合力等于零）时处于静止状态的实验容易做，也容易理解。
但是在物体做匀速直线运动状态所受的作用力大小相等方向相反就不易理解也不易做实验了，本实验较好地显示物体做匀速直线运动和静止状态时都是重力与支持力平衡的。
2
摩擦力
本实验较困难的是显示“最大静摩擦力”。
本实验在计算机屏幕上绘出实验图线，可以清晰地显示最大静摩擦力，可以测量摩擦力大小
3
大气压强
本实验的目的不是为了测量大气压，而是压强概念的应用。
这是用压强的定义测量的。
在均匀用力拉伸一次性注射器时，力传感器检测带基本恒定的压力，通过活塞的面积计算所得的压强大致等于大气压强
4
液柱的压强
托里拆利实验是关于液体压强的基础实验，是应该做的。
但是由于现在在中小学禁止用水银，因此这个教具在目录中删除了。
本实验用水做介质，原理与托里拆利实验相同。
由于本实验涉及大气压强与水柱压强的叠加，可能初中学生不易理解，因此作为拓展性的试验
5
液体内部压强
液体内部压强是初中科学的基本概念之一。
用承压盒的液体内部压强实验器做本实验比较难做，主要问题是承压盒橡胶模易破，并且与微小压强计的配合如果漏气，则实验容易失败。
用气压传感器做本实验不需使用承压盒。
但是由于气压传感器最小分度值不够，用气压传感器做本实验的误差不一定很小。
用按照新标准制作的液体内部压强实验器和U形管式微小压强计也可得到较好效果。
本实验作为一种可选方案
6
斜面的机械效率
这是一个比较简单的实验，用弹簧测力计也可做。
用力传感器做本实验的优点是显示的力较平稳
7
定滑轮与动滑轮
滑轮省力是基础内容之一。
用力传感器做本实验的优点是力传感器可以向下拉，并且测量较准确，这是比弹簧测力计有优势的方面
8
机械能守恒
使用简单机械可以省力，但是机械能守恒。
用力传感器做本实验的优势同上一实验
9
流体的流速与压强
用气压传感器直接测量不同流速的气体压强是流体流速与压强实验的一种方案
振动与波实验
1
音调和响度
音调和响度是初中学生较易混淆的不同概念。
本实验用专用的带音响信号源，发出不同频率的音频声，并且音量可以调节，同时通过声传感器采集声波图像在计算机屏幕上显示，可以直观地比较音调高低和音量大小时波形有什么区别
2
噪声波形
本实验可以通过波形直观比较噪声和乐声的区别。
利用声传感器可以观察不同乐器的声音图像，可灵活运用。
分子物理学与热学实验
1
机械能热能转换
本实验是用“机械能热能互变演示器”与温度传感器做的实验。
这个实验是传统实验，是用乙醚做介质的。
乙醚是麻醉剂，不建议使用。
改用温度传感器后可以见到温度上升，但不是定量实验
表2续选择各实验项目的因素
编号
实验名称
内容
2
液体沸腾时温度不变
沸腾过程温度不变是初中的一个知识点，传统实验的方法可用玻璃液体温度计做。
改用温度传感器后可见度增加，也可绘出图线
3
液体汽化时温度降低
这也是沸腾时需要吸收热量的一个现象，传统实验很简单，用玻璃液体温度计，蘸点酒精，观察酒精蒸发时温度下降。
改用温度传感器做以后可见度增加
4
沸点与压强的关系
这也是初中科学教学中的基础内容。
传统的方案是用冷水浇盛有烧开并且撤离加热源已经停止沸腾的水的烧瓶，可见烧瓶中的水重新沸腾。
本实验用大号塑料注射器抽气，可以直观看到烧瓶内气压降低，并且烧瓶中的水重新沸腾时的温度低于100℃
5
气体做功内能减小
目前传统实验仪器是用成雾的方法。
但是温度降低并不是成雾的充分条件。
本实验用灵敏的温度传感器和一次性注射器，可以观察气体膨胀时温度降低，气体压缩时温度升高
6
晶体的熔解与凝固
晶体的熔解和凝固实验一贯是难做的。
用数字化实验可以由计算机自动绘出图像。
用远红外加热器和晶体萘实验，加热均匀，不需要搅拌，实验效果较好
7
热辐射的吸收
用三个温度传感器，在相同条件下比较，能较明显区分黑色、白色和反光物体接受日光（或者白炽灯光）热辐射后的温升，效果比使用玻璃液体温度计好
电磁学实验
1
影响导体电阻大小的因素
比较导体电阻大小的方法只能用伏安法测电阻。
使用电压、电流传感器测量，由于电压传感器的分度值比直流电压表小（直流电压表最小分度值为0.1V），因此可以较准确地区分，用传感器时分辨力提高
2
玻璃导电
这是初中的教学内容。
这个实验的优点是用低压直流电。
缺点是观察导电是通过屏幕上的图线，而不是点亮灯泡，直观性不如用灯泡
3
欧姆定律实验
用电压传感器和电流传感器测量电阻上的电压和流过的电流，将测得的数据在座标系中描点，可观察电阻一定时电流与电压成正比例关系，电压一定时电流与电阻成反比例关系
4
焦耳定律实验
气体式焦耳定律实验器有原理性问题，用教材上的方法需要时间很长。
本实验可以比较电阻大小和电流大小与产生热量的关系。
使用玻璃液体温度计测量时不仅可见度小，而且不适合做演示实验，并且通电以后温度是随时在变化的，但是观察温度计是需要时间的，先后观察的两个温度计不可能是同时的。
使用温度传感器，由计算机显示以后，屏幕上显示两条曲线同时变化，只要取同一横坐标（时间坐标），可以观察某一时刻的两个电阻产生热量造成的温度升高，实验结果比较准确
5
影响电磁铁磁性强弱的因素
这个实验的常规方法是比较吸力大小，但是能吸起多少重物，难以得到一个准确的数据。
本实验用磁感应强度传感器直接测量线圈端部的磁感应强度，比较不同匝数、不同电流以及是否有有铁芯时的磁感应强度值
6
电磁感应现象
磁钢的磁感线切割线圈产生感生电流实验的常规方法需要用多匝线圈，如果用单匝线圈，必须加微电流放大器。
因此直观性都有些影响。
本实验使用微电流传感器，直接测量单匝或者多匝（只有几匝）线圈产生的感生电流，现象明显。
本实验作为拓展性实验
表2续选择各实验项目的因素
编号
实验名称
内容
7
导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
用微电流传感器测量，具有灵敏度高的特点，可以观察单根导线切割磁感线产生的感生电流。
本实验用一单根导线切割U形磁钢的磁感线，研究导体的运动方向与产生感生电流的方向
8
磁场对通电导体的作用力
这是初中科学教学内容，本实验可以观察电流方向、磁场方向与通电导体所受作用力的关系，是“滚动导体”实验的另一种形式，直接观察到力
9
小灯泡的电功率
用电压传感器和电流传感器测量小灯泡的电压和电流，测量小灯泡在额定电压时的功率。
巩固电功率的概念。
这是基本实验之一
10
小灯泡的伏安特性曲线
用电压传感器和电流传感器测量小灯泡在不同电压时的电流，绘出小灯泡的一段伏安特性曲线，练习用传感器做电学实验的基本操作
11
小电动机效率
用电压、电流传感器测量小电机的电功率，并且根据经历的时间计算电功，测量并计算电机所做机械功，再计算电机效率，涉及多项基本概念，用于巩固基本知识，同时也是实验技能训练
12
磁钢的磁场
用磁感应强度传感器测量U形和条形磁钢的磁感应强度，观察磁钢的磁极和磁场分布
13
地球的磁场
趣味性实验，直观观察地磁场
14
电池原理
原电池的原理，是一种可选方案
光学实验
22
红外线的热效应
现在的红外线作用演示器产品不能再现历史上发现红外线的实验现象。
本实验用温度传感器，将探头放在连续光谱的红光区域以外，可以观察到温度上升，而放在可见光谱区域内温度没有上升
生物学实验
1
绿色植物的光合作用
初中生物基本知识
2
水生植物光合作用产生氧气
初中生物基本知识
3
植物呼吸作用放出二氧化碳
初中生物基本知识
4
种子萌发吸收氧气
初中生物基本知识
8实验项目配套仪器
各实验项目所需的配套实验仪器见表3。
其中“目录中配”是初中数学科学教学仪器配备目录中已列的，“需增配”是传感器实验专用的。
专用仪器的要求、试验方法和检验规则见附录A（规范性附录）。
表3各实验项目的实验仪器
编号
实验名称
实验器材
目录中配
需增配
力学实验
1
平衡力作用下的物体运动
物体受力与运动实验器
2
摩擦力
摩擦力实验装置
3
大气压强
大气压强测量实验器
4
液柱的压强
液柱压强实验器
5
液体内部压强
透明盛液筒
液体内部压强实验器（传感器用）
6
斜面的机械效率
方座支架、斜面小车
7
研究定滑轮与动滑轮
动滑轮、定滑轮、方座支架及附件、细绳、钩码
8
机械能守恒
杠杆、滑轮、方座支架及附件、细绳、钩码。
9
流体的流速与压强
流体压强实验器
振动与波实验
10
音调和响度
音频信号发生器（带频率显示）
11
噪声波形
铁钉、锤子、铁块等
分子物理学与热学实验
12
机械能热能转换
机械能热能互换演示器
13
液体沸腾时温度不变
烧杯、方座支架、大铁圈、垂直夹2个、烧瓶夹、石棉网、酒精灯
14
液体汽化时温度降低
15
沸点与压强的关系
烧瓶250mL、100mL一次性注射器、方座支架及附件、酒精等、石棉网
16
气体做功内能减小
气体做功内能减小试验器（传感器用）
17
晶体的熔解与凝固
方座支架、烧瓶夹、试管（Φ20mm×200mm）、晶体萘
远红外加热器
18
热辐射的吸收
热辐射吸收实验支架
电磁学实验
19
影响导体电阻大小的因素
导体电阻实验器
20
玻璃导电
玻璃导电实验器（传感器用）
21
欧姆定律实验
稳压电源（教学电源或者学生电源，直流稳压）、定值电阻（5Ω、10Ω、15Ω）、滑动变阻器（20Ω2A，或者10Ω2A）
22
焦耳定律实验
焦耳定律实验器（传感器用）
23
影响电磁铁磁性强弱的因素
电磁铁实验器（传感器用）
24
电磁感应现象
条形磁钢
电磁感应线圈
表3续各实验项目的实验仪器
编号
实验名称
实验器材
目录中配
需增配
25
导体在磁场中运动时产生感应电流的条件
U形磁钢（宜采用U-CG-LU-100）型、导线
26
磁场对通电导线的作用力
滑动变阻器（20Ω2A，或者10Ω2A）
研究磁场对通电导体作用力实验装置
27
小灯泡的电功率
稳压
升级会员 