高中物理数字化实验条件装备要求docx.docx
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高中物理数字化实验条件装备要求docx
4
高中物理数字化实验条件装备要求
１范围
本文件规定了高中物理数字化实验条件装备的总则、装备数字化实验室的、装备内容和实验仪器规格。
本文件适用于浙江省高中物理数字化实验条件的装备。
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。
10０2－200８ 家用和类似用途单相插头插座 型式、基本参数和尺寸
６566－２０10建筑材料放射性核素限量
185８0—２０0１室内装饰装修材料人造板及其制品中甲醛释放限量
18581－200９ 室内装饰装修材料溶剂型木器涂料中有害物质限量
1８５83—2008 室内装饰装修材料胶粘剂中有害物质限量
185８4—２001 室内装饰装修材料木家具中有害物质限量
18５８6－２００1 室内装饰装修材料聚氯乙烯卷材地板中有害物质限量
２1747－２０08教学实验室设备 实验台（桌）的安全要求及试验方法
4０71—20１0 课桌椅
３３73４。
1—2００9（２013）中学理科教学实验仪器基本要求第1部分：
实验数据采集系统
《中小学教室设备规范图册》
《浙江省中小学教育技术装备标准》
《浙江省中小学教育技术装备管理规则》
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
由非电学量转换为电学量的传感器采集实验数据,经过转换，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。
3。
２数字化实验
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、测量或者控制的教学实验。
4总则
4.１ 高中物理应开展数字化实验。
实验项目宜由学校自主选择,本文件作为实验条件装备的指导。
４。
2装备数字化实验室应创造条件,并应有培训师资计划、管理制度和物质三项。
开展数字化实验的关键在于师资力量。
学校应有胜任数字化信息系统实验的教师。
教师的知识结构要求见附录Ｄ（资料性附录）。
学校应充分重视师资培训。
教师应多实践,多研究。
学校应制订数字化信息系统实验室的管理制度,管理制度应根据《浙江省中小学教育技术装备管理规则》第２.6～2．8条.
物质条件包括三方面：
（1）实验场所及器材存放场所，应根据学校具体条件,宜建立专用实验室，暂时没有条件的学校,应开展教学演示实验；
（2）计算机实验数据采集系统；
（３）配套实验仪器。
５装备内容
5．1 装备方案
5.1.１ 方案的选择
５.1．１.1 教师实验可在专用教室或原有实验室使用，配备的３个显示模块和1个数据导出模块备用。
5．１.1．2 学生实验可选方案
ａ）教室存在两种方案
——新建专用实验室，分组数12组;
——利用原有实验室，分组数25组.
ｂ）配备的设备存在两种方案
-—使用计算机；
——使用便携式终端。
c）相关考虑因素
—-新建实验室可使用计算机或者便携式终端；
—-使用超声波位移传感器的实验，各组之间需要有隔离，否则超声波相互干扰，无法做实验,因此无法分为25组,只能分为12组；
——便携式终端占用桌面面积小，但是功能比计算机弱,价格较高。
实验室方案见表１,设备方案见表２。
表1 实验室方案
编号
类别
设备
规格/基本功能
教师用
学生用
方案1
方案2
方案3
1
建专用教室
讲桌
２4０0×70０×１０50
1张
－
—
—
2
实验桌
２40０×700×78０
—
12张
（四人一组）
12张
（四人一组）
-
3
实验凳
高38０～4４0,可调
50张
５0张
－
4
用原实验室*
讲桌
240０×700×10５0
１张
—
－
-
５
实验桌
1２0０×60０×780
-
—
-
２5张
（二人一组）
6
实验凳
高380~440可调
-
—
50张
＊ 如果使用原有实验室,运动学实验（用超声波位移传感器）在同时使用时将造成相互干扰，难以进行实验.
表2 各种方案所需配备的设备数量
编号
类别
设备
规格／基本功能
教师用
学生用
方案1
方案２
方案3
1
计算机实验数据采集系统
物理量转换
各种传感器
依据不同的物理量有不同的传感器,接口可接采集器、便携式终端或者数据显示模块；接口有锁扣
1套
12套
—
２5套
无线发射模块
锂离子电池供电，配力传感器（也可用于其他传感器）
1套
2
转
换、接
口、存
储、计
算、显
示
采集器
传感器与计算机之间的连接部件，最多可连接四个相同或不同的传感器，采样速度最高达到2０.与计算机连接：
接口
1
１套
12
—
-
无线
接口
与无线发射模块配对，锂电池
１
—
计算机及显示器
略
１
1２
３
专用软件
运行界面,分为通用部分和专用部分
1
１
４
便携式终端
有四个通道，自带显示屏,内有操作系统和专用软件，兼有采集器、计算机和显示器功能,独立运行,可用交流电源或内带电池供电,功能可能比计算机弱，价格较高。
—
—
－
1２个
25个＊
5
说明和指导
说明书和实验指导书
说明书：
产品和使用
实验指导书：
典型实验的具体操作
1套
12套
12套
２5套＊
６
实验仪器
专用仪器
现有仪器
根据所选择的实验项目确定品种（见表5）
1套
1２套
１2套
25套＊
7
仪器室设备:
仪器柜、准备桌
根据需要
５。
2计算机实验数据采集系统的品种和技术指标
5．2。
1 传感器
按高中物理开设实验项目所需的传感器应符合表３.表3中的数量是单个实验的需要量，总的需要量由学校根据开展教师演示实验或者学生实验的需要确定.
表3中无线发射模块、无线接收器、频率传感器、快速温度传感器和数据显示模块是用于开展其它扩充实验的备用仪器,学校可根据需要选用。
应重视硬件和软件的配套性和兼容性．
注：
目前不同企业生产的传感器和采集器、软件，相互之间是不能通用的,同一企业的产品也有不同版本。
但是按照采购程序,又难以保证本次采购的企业是原来的供货企业，因此这方面需要充分重视。
表3 开设实验所需传感器种类和数量
名称
实验名称
数量
技术指标
量限
基本误差
分度值
分体式位移传感器
从图求速度
１对
0。
01m～1。
5ｍ
≤１.０%＋１字,2２℃时
0．01ｍ
探究匀速直线运动
１对
探究匀加速直线运动
1对
探究加速度与外力的关系
１对
探究加速度与质量的关系
1对
探究自由落体运动的规律
1对
一体式位移传感器
简谐运动过程中回复力与振子位移的关系
1个
0.1５ｍ~6m
≤1。
0%+1字,22℃时
０。
01m
弹簧振子的图像
１个
研究单摆的振动图像
1个
二维运动传感器
研究单摆的振动图像
1个
0.１ｍ~1．5
5
1
探究平抛运动轨迹
1个
力传感器
探究最大静摩擦力与滑动摩擦力的大小关系
1个
拉力和压力，２０N
≤1.0％+１字
0.01Ｎ
简谐运动过程中振子位移与回复力的关系
1个
探究超重和失重现象
1个
微力传感器
探究安培力
１个
０N~２N
≤０.1％＋1字
0.０01N
气压传感器
测量大米的密度
1个
０ ～３00
≤1。
0％+1字
１.0
气体压强与体积的关系
１个
查理定律
1个
气体压缩/膨胀与温度
1个
声传感器
探究声音的音调和响度、音色
1个
频率响应≥
50～2500
—
—
温度传感器
查理定律
1个
测量范围≥
-１０℃
～11０℃
0℃～１0０℃：
0。
5１字,其余：
1.5％+1字
０。
1℃
焦耳定律
３个
红外线的热效应
1个
快速温度传感器
气体压缩/膨胀与温度
1个
－２０℃～１30℃
≤１℃
0.１℃
达到热平衡时间:
约６s
静电传感器
探究静电现象
１个 （两种均可,选用）
—1０0～10０，不需数据采集器,连接计算机
—１0０～100,自带液晶屏,或与无线接收器配套连接计算机
电流传感器
探究电容器充放电现象
1个
不小于
—2A~2Ａ，宜选用多量程电流传感器
≤1。
０%＋１字
10
测量电容器的电容量
1个
探究欧姆定律
1个
探究导体的电阻与影响因素的关系
１个
测绘白炽灯泡的伏安特性曲线
1个
测绘小电机的伏安特性曲线
1个
观察白炽灯的浪涌电流
1个
探究电动势和电源内、外电压的关系
１个
探究自感现象
1个
探究安培力
1个
探究阻尼振荡现象
１个
探究无阻尼振荡现象
1个
交流电路中电感和电容电流的相位
3个
电压传感器
探究电容器充放电现象
1个
不小于
-１５Ｖ~15Ｖ，宜选用多量程电压传感器
≤1。
0%+1字
1０
测量电容器的电容量
1个
探究欧姆定律
1个
探究自感现象
1个
探究导体的电阻与影响因素的关系
1个
测绘白炽灯泡的伏安特性曲线
1个
测绘小电机的伏安特性曲线
1个
探究电动势和电源的内、外电压的关系
1个
法拉第电磁感应定律
1个
探究电磁感应现象
1个
交流电路中电感和电容电流的相位
1个
探究整流与滤波电路
1个
电磁波传播实验
1个
微电流传感器
热辐射
1个
不大于
-２μA～2μＡ
≤５％+１字
０．01μＡ
探究电磁感应现象
１个
楞次定律
1个
磁传感器
（一）
法拉第电磁感应定律
1个
-１5
~15
≤1。
５％+１字
0.1
探究电磁感应现象
1个
磁铁和通电螺线管的磁场
１个
磁传感器
（二）
磁铁和通电螺线管的磁场
1个
—１００
～１00
≤1。
5％+1字
０.１
光电门传感器
探究平均速度与瞬时速度的关系
2个
—
≤±0.１%
０。
1
探究碰撞中的不变量
２个
探究单摆的摆长与周期的关系
1个
利用单摆法测当地的重力加速度
1个
探究机械能守恒
１个
传感器
物质的放射性
1个
无线发射模块
用于实验中需要快速移动情况
１对
锂离子电池供电，接传感器
无线接收器
用于实验中需要快速移动情况
1个
接在采集器上，接收无线发射信号
频率传感器
测量频率
１个
1～1
≤±2.5％
＋1字
１
数据显示模块
不需连接计算机，直接显示测量数据
（教师和学生备用）
2个
接在传感器上，直接显示数据
注:
“”表示 ，即满量程；“1字"表示末尾１个数字。
传感器应符合3373４。
１—200９第4.1条.
５。
２．2 其它设备
5.２.2.１采集器
应符合３3７34。
1—20０9第4。
1条。
5．2。
2。
2便携式数据终端
应符合：
a）平板计算机;
b）２2．6~30。
7（８。
９吋～12.1吋）触控液晶显示屏;
ｃ）1以上内存，硬盘容量：
16０；
ｄ） 内置无线网卡,支持多种操作系统，续航时间4h~５h；
e）支持有线或者无线状态下四通道并行采集;
ｆ）有、口和读卡器。
5。
2。
2。
３数据显示模块
应符合：
a） 能直接连接各种传感器;
b）能自动识别传感器;
c）四位数码显示;
ｄ）锂离子电池供电；
ｅ）实验数据可导入计算机（需使用数据导出模块）。
5.2．2.4软件
软件要求应符合表4.
表４ 软件要求
1软件的外部和内部质量模型
功能性
适合性
３3７34.1—2０0９（２０1３）第4。
２。
1。
1。
1条
准确性
４。
2。
1．１。
2条
互操作性
4.2。
1。
1。
3条
安全性
4．2。
１.１.4条
可靠性
成熟性
4.2.1.2.１条
容错性
4．２。
1．２．2条
易恢复性
４。
２。
1。
1.3条
易用性
易理解性
4.2。
１.3。
１条
易学性
4.2。
１。
3．２条
易操作性
4.2。
1。
３。
3条
吸引性
4．2.１．3．4条
效率
时间特性
4。
2.1。
4.1条
资源利用性
4.2．1。
４。
2条
维护性
易分析性
4.2.1.5.１条
易改变性
4．２.1.5。
2条
稳定性
４。
2。
1．５。
３条
易测试性
４。
2.1。
5．4条
可移植性
适应性
4。
２.１.６．1条
易安装性
4.2。
1。
6.2条
共存性
4．2．1。
6。
３条
易替换性
４.2．１．6.４条
科学性
4．2.1。
7条
教学性
4．2。
1.8条
2软件功能
显示
界面形式
４.２。
2．1．1条
纵坐标形式
4。
2。
2．１.２条
多次实验图线在同一起点显示
4。
2.2。
1。
3条
坐标轴标度缩放和图像移动
4.2。
2。
1。
4条
显示离散点和连线
４．2。
2。
1.5条
图线颜色选择
4．2。
２。
１.６条
设置
自定义变量
4.2。
２。
2．１条
自定义坐标轴
4．2。
２．2。
2条
自定义坐标单位
4.2．2.２.3条
自定义坐标系数量
４．２．2。
2．4条
设置采样率
4．2.2。
2．５条
设置采样时间（或采样数）
4。
2.2．２。
6条
设置开始采样条件
4．2。
2.2．7条
传感器校零
4．２.2.2．8条
传感器标定
４．2．２．２．９条
保存实验
保存实验设置
4。
2.２.3。
１条
重新调出实验设置
４。
2．2.３.2条
保存实验数据
4。
２.２．３.3条
重新载入实验数据
４。
２。
2．3.４条
数据删除
应能有选择地删除数据
4．２．２.4.１条
个别数据剔除
4。
2.2．4。
2条
数据处理
能脱机处理
4．2。
2.5。
1条
数据处理功能
４。
２.2。
5.2应至少有以下数据处理种类：
—-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。
区间选择
4。
2．2．5。
３条
求导时包含点的选择
4.2。
2。
5．4条
图线上处理区间
4。
2.２．5。
５条
撤销数据处理结果
４．２．2。
5.６条
单一传感器即时数据采集功能
声学软件
４。
２。
2。
7条
离线功能
４．2。
2。
8条
软件模块
通用模块
4．2．3.1条
专用模块
4.2.3。
2条
注：
详细内容见33734．1－20０9（2013）《中学理科教学实验仪器基本要求 第1部分：
实验数据采集系统》。
5.2。
2.5 使用说明书和实验指导书
应符合3373４．1—2009第4。
3条.
5。
2.２。
6计算机
配置宜不低于１主频，1内存，25０硬盘，12８显存，显示器.
５。
3 实验仪器
表5中“现有”指目前高中物理教学仪器配备目录中配备的,“需要配备"指目前高中物理教学仪器配备目录中尚未配备的,“自备”指可以自备的。
表5 各实验项目的实验仪器
编号
实验名称
实验器材
现有
需要配备
自备
名称
规格
1
探究平均速度与瞬时速度的关系
力学轨道
１。
2ｍ铝合金轨道,两辆小车
2
从图求速度
1100３砝码（托盘天平配套件）
力学轨道
３
探究匀速直线运动
力学轨道
4
探究匀加速直线运动
11003砝码（托盘天平配套件）
力学轨道
５
探究加速度与外力的关系
1100３砝码（托盘天平配套件）
力学轨道
６
探究加速度与质量的关系
１1003砝码（托盘天平配套件）
力学轨道
7
探究自由落体运动的规律
０30０2方座支架
８
探究超重和失重现象
重物
９
探究最大静摩擦力与滑动摩擦力的大小关系
摩擦力实验器（传感器用）
由底板、牵引电机、摩擦底面、摩擦块构成
1０
探究放在斜面上的物体的重力分解
斜面上力的分解实验器（传感器用）
０º～９0º倾角可调斜面,内置力传感器
１1
探究向心力
无线向心力实验器（传感器用）
内置力传感器,光电门传感器测速度
12
探究平抛运动轨迹
03０0２方座支架
平抛运动实验装置（传感器用）
使用二维传感器做观察物,屏幕上显示离散点的连续轨迹
1３
探究碰撞中的不变量
力学轨道
同上述1~7项
1４
探究机械能守恒
机械能守恒实验器（传感器用）
主板、副板、光电门传感器固定臂、磁铁固定臂、摆锤、定位挡片
1５
弹簧振子的图像
030０2方座支架或0３００１物理支架
竖式弹簧振子（自制）
１6
研究单摆的振动图像
03001方座支架或０３0０2物理支架、２202３单摆
二维单摆实验器（传感器用）
二维运动接收器、固定装置、支架
单摆（自制）
17
探究单摆的摆长与周期的关系
0３0０２ 方座支架或０３001物理支架、220２3单摆、1０0０２直尺、100１0游标卡尺
单摆（自制）
18
简谐运动过程中振子位移与回复力的关系
030０2方座支架或03001物理支架
同编号15
1９
利用单摆法测当地的重力加速度
03０0２方座支架或03001物理支架、２2０2３单摆、100０2直尺、１０01０游标卡尺
２0
探究声音的音调和响度、音色
有源音箱（多媒体设备）
声学软件
双路音频发生器，频率连续可调，有频率标尺
２1
查理定律
03００2方座支架、610２0烧杯
查理定律实验器（传感器用）
密封在试管中的温度传感器探头，可连接气压传感器
２２
气体压强与体积的关系
一次性注射器
10０
2３
气体压缩／膨胀与温度
气体做功内能减小实验器（传感器用）
快速温度传感器,一次性注射器
24
测量大米的密度
一次性注射器
1００
大米
25
热辐射
热辐射实验器（传感器用）
半导体致冷片
２6
探究静电现象
２3001玻棒、2３0０３胶棒
27
探究电容器充放电现象
04006高中教学电源、04003高电源、2３0３３单刀双掷开关
1０000μF电容器、1００Ω电阻
28
测量电容器的电容量
０4006高中教学电源、04003高电源、23033单刀双掷开关
10０0０μF电容器、100Ω电阻
２9
探究欧姆定律
２3０1２滑动变阻器、０４００6高中教学电源、04０03高电源
30
探究导体的电阻与影响因素的关系
23012滑动变阻器、04006高中教学电源、０4003高电源、2３０2４电阻定律实验器
31
探究电动势和电源的内电压、外电压的关系
04０１０电池盒、2３0１2滑动变阻器、２３０1１单刀开关
旧电池
32
焦耳定律
０４０06高中教学电源、０4０03高电源
焦耳定律实验器（传感器用）
三个容器筒构成
3３
测绘白炽灯泡的伏安特性曲线
2３0１２滑动变阻器、０4０0６高中教学电源、04003高电源、2３0１０小灯座灯泡
34
观察白炽灯的浪涌电流
04０06高中教学电源、0４０03高电源、２3010小灯座灯泡、２３０11单刀开关
3５
测绘小电机的伏安特性曲线
23012滑动变阻器、0400６高中教学电源,０400３高电源
6Ｖ直流电机
36
磁铁和通电螺线管的磁场
0４006高中教学电源、０400３高电源、23012滑动变阻器、2４0０1条形磁钢
长螺线管（传感器用）
中部６０％长度区间磁感应强度均匀度不大于６%
３7
探究安培力
０４006高中教学电源、04０03高电源、23０1２滑动变阻器
安培力实验器（传感器用）
矩形线圈和U形磁钢组成
38
探究电磁感应现象
0300２方座支架、24001条形磁钢
电磁感应线圈（传感器用）、
单匝、四匝
无铁芯线圈（传感器用）
１00０0匝
３9
法拉第电磁感应定律
法拉第电磁感应定律实验器（传感器用）
螺线管、耦合线圈
专用信号源（传感器用）
至少一个梯形波，斜率可调
４０
探究自感现象
０4006高中教学电源、0４00３高电源、2３0１３滑动变阻器
变压器、直流电阻相同的电阻
4１
楞次定律
０30０2方座支架、2４０0１条形磁钢
电磁感应线圈（传感器用）
四匝
42
探究整流与滤波电路
24067整流电路实验器、040０3高电源
整流二极管、电解质电容器、电阻
4３
交流电路中电感和电容电流的相位
２４04７交流电路特性演示器、０4０06高中教学电源、0４003高电源
10μF电容器、100Ω电阻器、100电感器
44
探究阻尼振荡现象
２３０33单刀双掷开关、0４0０６高中教学电源、０４003高电源
470μF电容器、5０控制变压器、１0Ω~１5Ω电阻
45
探究无阻尼振荡现象
0４００6高中教学电源或者0４０03高电源
5０控制变压器、４．7μF电解电容器、0.６8μＦ无极性电容器、1kΩ可变电阻，１50Ω固定电阻、01晶体三极管
46
电磁波传播实验
电磁波传播实验器（传感器用）
由发射部分和接收部分组成
４7
红外线的热效应
250０６白光色散与合成演示器、040０６高中教学电源、04０03高电源
4８
物质的放射性
教学用放射源
汽灯纱罩
建筑石材
注:
表中“现有”栏中是现有高中物理教学仪器配备目录中的编号和名称。
6专用实验室的建筑要求
6。
1 位置
宜靠近原物理实验室。
6．２面积
实验室面积应不小于9６m2。
6。
3地面
与走廊的地面间不宜设台阶．地面应易清洁、耐磨、防滑。
6。
4 门窗
应设置前后门，门洞的宽度应不小于10００.门应向疏散方向开启,开启的门扇不应挤占走廊的疏散通道。
临空窗台高度不应低于0.9m。
6．5 网络
应设有两个或两个以上的千兆网络接口。
６．6综合布线
设备系统、空调、照明和电源插座用电应分路设计和分别控制.室内的电力线和信号线敷设应按标准分开。
建筑电气工程施工应符合310-２0１3和503０3-20０2.
6。
7 供电
教室电气线路应采用符合防火要求的暗敷配线方式，安装剩余电流（漏电）保护器和过电流保护器（宜选用带有选择性的过电流保护器，即“”）.供电电源额定总容量应不小于设备总功率的１。
5～2倍。
应设独立配电箱，实验桌供电应能分组控制。
配电箱应能上锁。
６.8 接地
教室应有可靠的保护接地线，零—地电
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