中学生物理实验 6数字精选化DIS实验研究.docx
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中学生物理实验6数字精选化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)
(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
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-
图)
由图示和数据可知:
:
压强与体积的倒数成正比
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。
(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;
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?
(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
(1)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
(2)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。
3、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。