D 现代实验技术--数字化信息系统(DIS)
用DIS测位移、平均速度、瞬时速度
连接的计时器显示的
挡光时间分别为0.05 s和
0.02 s。滑块的宽度d ＝
5.015cm。
（1）滑块通过光电门1
的速度v1 =1.003m/s，滑 块通过光电门2的速度；v = 2.5075 m/s。
（2）若测出滑块通过光电门的速度分别为V1 和V2, 还需测量的物理量是 两光电门间距d （ 说明此量的物理意义，同时指明代表物理
实验四：用DIS测变速直线运动的瞬时速度
实验仪器： 光电门传感器，数据采集器，计算机，轨道，
小车，挡光片 实验过程： 1.搭建实验仪器：光电门传感器，数据采集
器，计算机依次相连。将光电门传感器固 定在轨道侧面。在小车的中心位置上固定 挡光片，垫高轨道的一端。 2.开始实验：开启电源，运行DIS应用软件， 点击“用DIS测瞬时速度”。
实验原理：
☆位移传感器测距离的原理：
位移传感器发射器每隔一定的时间间隔，同 时发射 超声波 和 红外线 ，位移传感器 的接收器接收到 红外线 信号开始计时，接 收到 超声波 信号停止计时。 由于红外 线的传播速度为光速，近距离内传播时间 可 忽略不计 ，故可认为位移传感器收到 红外线的时刻等同于发射器发射红外线和 超声波的时刻，接收器记录的时间就等于 发射和接收超声波所间隔的时间。这个时 间乘以 声速 就得到发射器和接收器之间 的距离。
第一章 匀变速直线运动
D、现代实验技术——数字化信息
系统(DIS)
一、什么是DIS
DIS: digital information system 数字化信息系统
数据处理方式：将 物理量转化为 数字信号处理
二、数字化信息系统的优点
集探测、记录、运算、显示于一 体—— 数据的采集、处理和图像描绘可实时 进行让我们从读取数据、记录数据、 图线描绘等繁琐费时的简单劳动中解 放出来。
将 DIS 数字化信息系统引入《欧姆定律》的教学
将 DIS 数字化信息系统引入《欧姆定律》的教学摘要：DIS实验在真实实验的基础上实现了信息技术与物理实验教学的整合，从而表现出了强大的教育功能。
本文以《欧姆定律》一课为例，主要给出利用DIS数字化信息系统拓展实验教学的设计。
关键词：DIS 实验教学DIS（Digital Information System）实验技术，又称“数字化信息系统”，是由“传感器、数据采集器、实验软件包、计算机”构成的新型实验系统。
它可以方便、迅速地采集现实生活或实验中各类物理量信息，并通过计算机接口技术，将采集到的各类物理信息传输给计算机进行多元化的分析处理。
DIS实验在真实实验的基础上实现了信息技术与物理实验教学的整合，从而表现出了强大的教育功能。
笔者利用DIS数字化信息系统拓展《欧姆定律》一节课的实验，取得了良好教学效果。
1.引入DIS的原因就本节《欧姆定律》而言，传统的实验方法一般分为两种情况：一是由教师在课前连接好实验电路，在课上只是简单的演示为主的实验方法。
这一方法虽操作简单，但由于演示实验可见度不高，学生动手操作能力不强，从而不能充分调动学生的积极性，没有充分体现学生的主体地位。
第一种实验方法存在着一些不可避免的缺点，且应教育改革和学生发展的需求，第二种方法便应运而生。
这一方法主要以教师引导，学生明晰实验原理、实验方法，亲自选择实验器材、连接实验电路、收集实验数据、得出实验结论的较为开放、灵活的探究式的实验方法。
这一实验方法充分发挥了物理实验的教育功能，引导学生进行实验设计，而非包办学生的探究活动，用自主探究实验激发了学生的知识冲突，更有利于学生的发展。
但笔者认为这一实验方法也存在着：如何在现有课时有限的情况下，实施科学探究教学及实验数据误差较大等问题。
而DIS数字化信息系统的引入除可以准确地描述物理量之间的定量关系，充分体现现代技术准确性高的特点，还有效的提高了物理实验效果和课堂教学效率，将传统实验方法大为优化。
D dis实验
实验3：测加速度
（1） 双击DIS软件，进入“专用软件”，点击“实验3”
（2） 正确放置小车和位移传感器（开启传感器电源）
（3） 点击“开始记录”，并释放小车，点击“停止记录”
（4） 得到速度随时间变化的v-t图像
（5）
点击“选择区域”，选择一定的区域（左键选择两 次）
（6） 正确记录加速度的大小
v
s
t
v s 0 瞬 t 0
间，自动算出运动物体经过光电门位置
处在挡光片宽度的位移内的平均速度。
实验步骤 1. 将结光论电：门挡传光感片器的固宽定度在逐支渐架减上小，，放测在得轨的道速的度一值侧越，来连越接趋到近数
据车小采能车集顺经器利过第通挡一过光通并片道能所，挡在垫光位高。置轨的道瞬的时一速端度，。使固定有挡光片的小
开始记录 停止记录 选择区域
实验4、用DIS测变速直线运动的瞬时速度
实验原理 实验器材
变速直线运动物体的平均速度： v =Δs/Δt，
当Δt无限小时（相应地，位移Δs也无限小），此
时，v 就是物体在某一时刻的瞬时速度。
光电门传感器；
DIS数据采集器； 计算机； 力学轨道附件及小车；
挡光片（共4片）
实验三、用DIS测变速直线运动的加速度
实验四、用DIS测变速直线运动的瞬时速度
实验1．练习使用DIS
• 实验目的：熟悉DIS的使用方法。 • 实验器材：DIS、刻度尺 • 实验步骤：
– 连接数据采集器与计算机。 – 将位移传感器的接收器接入数据采集器。 – 运行DIS应用软件，进入“专用软件”界面。 – 打开位移传感器发射器的电源开关，将发射端对准
接收端，移近移远发射器，观察读数的变化。
数字化信息系统(DIS)
D.数字化信息系统（DIS ）一、填空题1.（1）DIS 是 的简称，中文意思是 。
DIS 基本结构由 、 、 组成。
（2）写出三个常用的传感器名称 。
（3）光电门是测量 的传感器，为了使测量值更准确，挡光片的宽度应 。
（选填“大些”或“小些”）2.位移传感器测距离，发射器固定在运动物体上，能同时发射 。
固定在轨道的顶端，接收红外线和超声波。
3.用DIS 实验研究小车位移和时间的关系时，将位移传感器的______________部分固定在小车上，______________部分固定在轨道右端，并将它与______________相连。
实验中得到如图所示的图线，则AB 段的平均速度大小为_____________m/s 。
4.如图所示是用DIS 实验系统研究物体的运动得到的图像，从该图像可知：小车运动的方向是 （选填“靠近”或“远离”）运动传感器的接收部分，2～3s 间的一段水平线表示 。
二、单项选择题5.在用DIS 实验系统测量位移的实验中，必须进行的操作是（ ） A. 必须让发射器与接收器的距离由近及远 B. 实验完毕要及时关闭发射器、数据采集器的电源 C.每次让小车从同一位置静止下滑 D. 将发射器固定在小车上6.在用DIS 实验系统测量平均速度的实验中，必须的实验仪器是①数据采集器、计算机；②光电门传感器③位移传感器④小车、轨道；⑤挡光片；⑥滑轮、钩码，其中正确的是。
( )A.①②③④⑤⑥B.①③④⑥C.①③④D.①②④⑤0.5 0.5 1.0 1.5 2.0 2.5Ot/sS/mBA1.0OS/m0.6 0.4 0.2 3.02.01.0t/s7.关于DIS实验，下列说法正确的是（）A．DIS实验只能测量距离、速度、力等一些力学物理量B．DIS实验可以完成全部的物理实验C．DIS实验比传统的实验方便、准确D．DIS实验没有传统实验方便、准确8.关于位移传感器，下列说法中正确的是（）A．位移传感器的发射器只能发射超声波B．位移传感器的发射器既能发射超声波也能发射红外线C．超声波是由发射器发射的，红外线是由接收器发射的D．超声波是由接收器发射的，红外线是由发射器发射的9.在用位移传感器做实验时，下列说法中正确的是（）A．位移传感器的发射窗口应对准备接收器的信号接收窗口B．位移传感器的发射窗口不一定要对准接收器的信号接收窗口C．连接到数据采集器上的是发射器部分D．实验开始后，必须先打开发射器的电源开关三、多项选择题10.在利用DIS实验系统研究匀速直线运动的实验中，下列操作中正确的是（）A.把位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在长木板上B.把位移传感器的发射器固定在长木板上，接收器固定在小车上C.为了让小车做匀速运动，长木板一定要水平放置D.为了让小车做匀速运动，长木板的一端要适当抬高11.小明同学在学习了DIS实验后，设计了一个测量物体瞬时速度的实验，在小车上固定挡光片，使挡光片的前端与车头齐平、将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端。
高中物理—平均速度和瞬时速度 DIS系统
1、质点：质点是用来代替物体的_________的点，但没有大小，它的质量就是它所代替的物体的质量。
【答案】有质量 2、位移和路程位移：描述物体_________的变化，用从_________指向_________的有向线段表示，是矢量． 路程：是物体运动_________的长度，是标量． 【答案】位置；初位置；末位置；轨迹 3、时刻和时间间隔时刻和时间间隔既有联系又有区别，在表示时间的数轴上，时刻用_________表示，时间间隔用_________表示，时刻与物体的________相对应，表示某一瞬间；时间间隔与物体的_____________相对应，表示某一过程（即两个时刻的间隔）。
【答案】一点；一段；状态；过程一、速度物理学中用位移与发生这个位移所用时间的比值表示物体运动的快慢，即v ＝st ，其是描述物体运动快慢的物理量．1、平均速度：在变速运动中，物体在某段时间内的位移与发生这段位移所用时间的比值叫做这段时间内的平均速度，即v ＝st，其方向与位移的方向相同．2、瞬时速度：运动物体在某一时刻（或某一位置）的速度，方向沿轨迹上物体所在点的切线方向指向前进的一侧，是矢量．瞬时速度的大小叫速率，是标量．3、平均速度和瞬时速度的关系知识点一：平均速度、瞬时速度知识点讲解知识点回顾平均速度和瞬时速度 DIS 系统平均速度反映一段时间内物体运动的平均快慢程度，它与一段时间或一段位移相对应．瞬时速度能精确描述物体运动的快慢，它是在运动时间t→0时的平均速度，与某一时刻或某一位置相对应．二、对瞬时速度的理解如图所示，一物体沿直线AB变速运动，求物体经过P点的瞬时速度v PAB之间的平均速度可近似认为等于v P，那么取再接近P点的CD间的平均速度肯定更加接近v P 如此下去取更接近P点的EF间、GH间的平均速度就越来越接近与v P。
如果无限逼近P点的以P点为中心的极短位移内或极短时间内的平均速度就无限接近P点的瞬时速度v P了！所以某位置或某时刻的瞬时速度，可通过无限逼近该位置附近的位移内或该时刻附近的时间内的平均速度来计算！【例1】关于瞬时速度和平均速度，以下说法正确的是（）（多选）A．一般讲平均速度时，必须讲清楚是哪段时间（或哪段位移）内的平均速度B．对于匀速直线运动，其平均速度跟哪段时间（或哪段位移）无关C．瞬时速度和平均速度都可以精确描述变速运动D．瞬时速度是某时刻的速度，只有瞬时速度才能精确描述变速运动物体运动的快慢【难度】★【答案】ABD【解析】一般情况下，物体在不同时间（或不同位移）内的平均速度不同，但对于匀速直线运动，物体的速度不变，所以平均速度与哪段时间（或哪段位移）无关，故A、B均正确；平均速度只能粗略地描述变速运动，只有瞬时速度才能精确描述变速运动的物体运动的快慢，故C错，D正确．【例2】下列说法中正确的是（）A．平均速度是物体通过路程与所用时间的比值B．若物体在某段时间内的平均速度等于零，则它在这段时间内任一时刻的瞬时速度一定等于零C．瞬时速度是物体在某一位置或某一时刻的速度D．瞬时速度的方向始终保持不变的运动，一定是匀速直线运动【难度】★【答案】C【解析】平均速度为物体通过的位移与时间的比值，故A错误；某段时间内的平均速度等于零，可能位移为零，所以瞬时速度不一定为零，故B错误；瞬时速度是物体在某一位置或某一时刻的速度，故C正确；瞬时速度的方向始终保持不变，但大小可发生变化，故不一定时匀速直线运动，故D错误【例3】如图所示，一个人沿着一个圆形轨道运动，由A 点开始运动，经过半个圆周到达B 点．下列说法正确的是 （）（多选）A ．人从A 到B 的平均速度方向由A 指向B B ．人从A 到B 的平均速度方向沿B 点的切线方向C ．人在B 点的瞬时速度方向由A 指向BD ．人在B 点的瞬时速度方向沿B 点的切线方向 【难度】★ 【答案】AD【解析】物体在某段时间内平均速度的方向与位移的方向相同，所以人从A 到B 的平均速度方向由A 指向B ，A 正确，B 错误．物体在某一点的瞬时速度的方向就是物体在该点的运动方向，人在B 点时的运动方向为沿B 点的切线方向，所以人在B 点的瞬时速度方向沿B 点的切线方向，C 错误，D 正确．1、关于速度，以下说法中正确的是 （）A ．汽车速度计上显示60km/h ，指的是平均速度B ．跳高运动员起跳后到达最高点的速度指的是平均速度C ．汽车通过500m 长的大桥的速度是瞬时速度D ．子弹以900m/s 的速度从枪口射出，指的是瞬时速度 【难度】★ 【答案】D2、短跑运动员在百米竞赛中，测得起跑时的速度为9.8m/s ，10s 末到达终点的速度为10.4m/s ，则此运动员在全程内的平均速度为 （）A ．9.8m/sB ．10.1m/sC ．10.4m/sD ．10m/s【难度】★ 【答案】D3、根据速度定义式v ＝Δs Δt ，当Δt 极短时，ΔsΔt 就可以表示物体在t 时刻的瞬时速度，该定义应用了下列物理方法中的 （） A ．控制变量法 B ．假设法 C ．微元法D ．极限法【难度】★ 【答案】D课堂练习【解析】在时间间隔Δt 较小的情况下，平均速度能比较精确地描述物体运动的快慢程度，Δt 越小，描述越精确，这里利用的是极限法。
DIS实验
实际应用
教学实例：验证动量守恒定律源自数字实验：验证牛顿第三定律
数字实验：探究气体压强与体积的关系 其他传感器的用法 光学综合实验箱的应用
光学实验箱能完成的实验一览表
凸透镜成像规律及测定凸透镜焦距 凹透镜成像规律及测定凹透镜焦距 搭制简易显微镜 凹面镜的会聚作用 凸面镜的发散作用 探究光的反射定律
搭制开普勒望远镜
DIS实验简介
特征
DIS是Digital Information System的缩写，中文名称 为数字化信息系统。基于DIS搭建的实验室称为数字化 实验室，也叫探究实验室、创新实验室等。其突出特点 是把长度、时间、温度、力、光照强度、磁感应强度等 非电学量转化成电信号输入计算机进行处理。
历史
DIS实验室最早出现在美国，大约是上世纪70年代开始进
实现了数据记录的时间连续性，实现了瞬间变化“可视化”。例如
将传感器技术引入超重、失重教学，就可以在很短的时间内清晰地 记录下压力随时间变化的图像，具体再现超重、失重的过程，便于
总结超重、失重现象的特点和条件，符合归纳法教学的要求。
主要优势
2.实验设计重点化 数字化实验由传感器和数据采集器代替人眼读取数据，用 计算机软件取代纸笔方式手工记录数据，计算机软件代替人脑
结果更加直观 ③可并行采集数据，例如弹簧振子实验中，利用不同传感器可以同时
测量出回复力、加速度、速度、位移四个物理量，避免了传统实验中
每次只能观测一部分量的尴尬，可以直接建立起完整的物理图景
主要优势
4.实验定量化 定量研究是科学的特征。一些传统实验受到实验条件、实验技术的限 制，难以量化。数字化实验直接使许多物理定性实验升级成定量实验。 从数据的测量到采集再到处理，都是在系统内部完成，避免了传统
什么是DIS实验
什么是DIS实验DIS（Digital Information System）实验是数字化信息系统实验的简称，DIS作为一种现代化教学技术已被引入到上海市二期课程改革的试点教材中。
(1)DIS实验中所用到的设备绝大多数是以二十世纪前沿科技作为技术理论支撑，二十世纪下半叶得到实际应用的具有较高科技含量的装备。
其中包括：微型计算机、传感器、数据采集器和软件。
其中数据采集器与计算机以串行方式通信，采用四路并行输入，可同时接插四种传感器。
传感器中包括电流、微电流、电压、温度、声波、位移、力、磁、光电门等多种设备。
这套设备的特点是能快速、准确、动态地采集实验信息，并实现数字化显示，由计算机辅助进行分析处理。
（2）实验误差可以分为两类：系统误差和偶然误差。
传统实验中的绝大部分需要人工读取记录实验数据，因而偶然误差在整个实验误差中占了相当大的比例。
而DIS实验可以自动采集实验数据，因而基本消除了偶然误差。
“DIS实验”是运用现代信息技术手段进行的实验，与传统物理实验比较在培养学生各方面能力的侧重点上已经有了明显的差异：第一，对观察能力的培养观察是对事物和现象的仔细察看、了解，它是思维的知觉，智力活动的门户和源泉。
传统物理实验对学生观察能力的要求很高，它要求学生（1）观察仪器的刻度；（2）观察仪器的构造；（3）观察仪器的铭片，了解仪器的名称、规格、使用方法和使用条件等；（4）观察实验装置的安装；（5）观察实验操作过程；（6）观察实验现象等等。
实验过程较长，需要多次观察，重复测量，有利于培养学生有耐心、不厌倦的良好心理品质和观察习惯，以提高学生的观察能力。
DIS实验对观察能力的培养在所需要观察的项目上少了许多。
比如：在研究匀速直线运动物体的s—t图和v—t图的实验中，用传统仪器做，需要通过观察了解刻度尺的最小刻度、测量方法，打点计时器的构造、使用方法等。
而DIS实验则不需要观察上述仪器的刻度、构造、使用方法，用运动传感器连接数据采集器，通过计算机就可以直接得到图象。
高中物理之DIS实验
缺点分析
设备成本高
DIS实验需要使用专门的传感器和数据采集设备，相对于传统实验器 材来说成本较高。
操作技术要求高
DIS实验需要具备一定的计算机操作和软件使用能力，对于一些教师 和学生来说有一定的学习门槛。
依赖性强
DIS实验高度依赖于计算机和传感器，一旦设备出现故障或数据传输 出现问题，可能会影响实验结果。
创新人才培养
通过DIS实验培养学生的实 践能力和创新精神，为未 来科技创新提供人才支持 。
THANKS
感谢观看
特点
具有实时数据采集、处理和显示 功能，能够快速准确地记录实验 数据，提高实验效率和精度。
DIS实验在高中物理教学中的重要性
增强实验效果
促进学科融合
DIS实验能够实时记录和分析数据， 让学生更好地观察物理现象和规律， 提高实验效果。
DIS实验不仅应用于物理学科，还可 以与其他学科融合，如化学、生物等 ，促进跨学科的综合实验教学。
高中物理之DIS实验
汇报人：
202X-01-05
• DIS实验概述 • DIS实验的设备与技术 • DIS实验的应用范围 • DIS实验的案例分析 • DIS实验的优缺点分析 • DIS实验的未来发展展望
01
DIS实验概述
DIS实验的定义与特点
定义
DIS实验是指数字化信息系统实验 ，是一种将传感器、数据采集器 和计算机等数字化设备应用于物 理实验的方法。
02
DIS实验的设备与技术
数据采集器
数据采集器是DIS实验的核心设备， 负责采集各种传感器输出的数据。
数据采集器通过数据线与计算机连接 ，将采集到的数据传输到计算机中进 行处理。
数据采集器具有高速采样、高精度、 低噪声等特点，能够实时记录实验数 据。
DIS实验专题介绍
一方面学生可以比较 方便地根据不同的目 的设计实验；另一方 面，对于同一个实验， 不同学生之间在学习 目的上可以互不相同， 实验既可以探究性的， 也可以是验证性的。
例如，在水污染的研究中，学生把采集到 的水样通过传感器来得出水中的pH、溶氧 量、硬度等等数据，利用计算机进行数据 处理，利用计算机转换的图表对不同采集 地的水质进行比较。这样，学生在实验过 程中获得的信息可以是图形的和数值的、 静态的或动态的、定性的或定量的，并借 助计算机进行一定的分析，从而得出有关 结论。
DIS系列实验
中和滴定 温度、催化剂对化学反应速率的影 响（双氧水反应速率探究）
实验目的
1、练习使用pH传感器以及酸式或碱式滴定管。 2、学会以图示处理科学实验数据的方法。 3、探究酸碱反应过程中pH的变化特点。 4、体会定量实验在化学研究中的作用。 5、熟悉DIS教学仪器的操作，主要是温度传感器、 压力传感器的应用。 6、研究不同温度、不同催化剂对过氧化氢分解 反应速率的影响。 7、研究同种催化剂不同用量对过氧化氢分解反 应速率的影响。
教学理念 的改变
软件应用步骤
Ⅰ.传感器： 传感器是一系列根据一定的物理化学原理制 成的物理化学量的感应器具，它们能把外 界环境中的某个物理化学量的变化以电信 号的方式输出，再经数据模拟装置转化成 数据或图表的形式在数据采集器上显示并 储存起来。 主要包括如PH、二氧化碳、溶解氧、温度、 压力、电流、电压等传感器。
教材通用软件（自行设定许 多功能，如组合显示、分析 计算、曲线拟合等扩展功能， 因而更适于探索研究）
DIS实验在教学中的应用价值
1、数字化实验对实验过程的影响 2、数字化实验对化学实验教学产生的影响 3、数字化实验对学生的影响
现代实验技术——数字化信息系统(DIS)
上海市中国中学物理组高一（）班姓名：学号：日期：2014年月日五、现代实验技术——数字化信息系统（DIS）用DIS测定位移和速度【知识与方法】任何测量都有三个组成部分：被测对象；探测器；记录、处理器和显示器1．DIS 实验系统⑴计算机辅助实验系统是一种将__________、___________、_________组合起来，共同完成对物理量测量的装置。
答案：传感器，数据采集器，计算机⑵DIS分别是英文Digital Information System 三个词的缩写，是我们对数字化信息系统的简称，它是运用现代信息技术进行学习的一种手段。
⑶测量系统框图：研究对象 ---- 传感器→数据采集器→计算机2．用DIS测定位移和速度：⑴实验目的：研究变速直线运动的_____图并从中求物体的______和______。
答案：s-t，位移，速度⑵实验器材：小车、1m长的轨道、_______答案：DIS（位移传感器等）。
⑶实验步骤：①将位移传感器的_______固定在小车上，_______固定在轨道的右端，将_______与数据采集器、计算机连接好。
答案：发射器，接收器，接收器②开启电源，点击“用DIS测定位移和速度”。
③点击“开始记录”，放开小车使其运动，计算机表格内出现取样点数据，s-t图中出现对应的数据点，点击“数据点连线”，得到s-t图。
④点击“选择区域”，将某段曲线选定为研究区域，下方速度窗口就出现该段运动的平均速度值。
注意事项：发射器固定在_____上，接收器固定在轨道的_____端。
答案：小车，右3．用DIS测定瞬时速度测定物体运动的瞬时速度可以用_______传感器，它是根据________和_______，测量出在较短时间内的_______，因为挡光片较_____，所以就看成是________了。
答案：光电门，挡光时间，挡光片宽度，平均速度，窄，瞬时速度。
课本参考：必修P25-P32【精讲与精练】例1．DIS实验系统是__________的简称，由__________、__________、_________组成，用____________可以测量距离。