数字传感器在中学物理实验中的应用
中学物理数字化实验实用性的简要分析

中学物理数字化实验实用性的简要分析
袁颖” 刘炳彦 马一兵… ( … 长春师范学 院 吉林 长春 1 3 0 0 3 2 1 1 6 0 1 1 ) 辽 宁省 大连市第一 中学 辽宁 大连
【 摘要】中学物理 实验教 学更是物理教 学 中的重要 组成部 分 ,但是传 统的物理 实验是建 立在理论 的 基础 上 ,利 用精 密的仪 器 ,统计数据 ,整理数据 ,进 而 分析 实验 结果 ,这样 就意味 着 需要 大量 的时间 与精 力来做繁杂 的实验 ,有时还 会 因实验 的数据统 计错 误 而需重新进 行 实验 。新 型 的数 字化实验走进 了物理 实验 室,为中学物理 实验教 学注入 了新鲜 的血液 ,具有领航 的时代意 义。 【 关键 词】实 验教 学 数 字化 实验 分 析研 究 【 中图分类号 】G 6 5 5 . 7 [ 文献标识码 】A 【 文章编号】1 0 0 9 -5 5 4 9( 2 . 0 1 5 )0 1 —0 1 6 0 一O 2
随着 近几年科学技术 的迅 猛发展 ,实验教学 一直 就 占据 着整个 教学研究 的重心 。但 是近年新兴 的数字化传 感器实验 也逐步 随着理论 的研 究开始萌 芽。 一、Fra bibliotek研究现状
( 一 )国内外研 究现状 国 内外研 究 的有 关数字 化 实验 的开 发与 设计 一直 处于
理 论的层面上 ,主要 是借助于计算机 的飞跃 发展, 以信息化 带 动实验化 。近年兴起在 一些常用 的物理 实验 上开始运用传 感 器来 改造 传统 实验 。在美 国大学物 理教材H a l l i d a y 的第 6 版 ,就用数字化 技术处理 了五十多个典型物理 问题 ,…但在 其 他的实验上还 是没 有进行深入 的研究 ,究其原因有很多 , 典型的原 因是在物 理研究 的领域 中人 力、物 力的使用 。大部 分物理学家还 是致力于传统 的物理 实验 研究,对于数字化实 验 的研究模式终 究还不是很完备 。在 美国的 《 国家科学教育 标准》 中,已经 正式提 出科学教育 的总 目标是使全体学生具 备 良好 的科 学素养,体验 、认识和 理解亲身经历探索 自然世 界 ,通过思考解决 问题 。 美 国的高中物理教材是不仅将 内容综合化,而且更加重视 学生在科学方法以及科学态度方面的教育功能。数字化技术整 合于课程在程度上更加强调了数字化技术对加强学生学习的作 用或优势,这种思维理念与国内的课程理念有些相似。 依 据 国 内高 中物理 课程标 准 ,探 究性 的学 习作 为新 的 理念要深 入学生 的内心 。传 统的物理实验 占用 的时间和 空间 的 复 杂 性 , 成 了传 统 实 验 的致 命 缺 点 ,所 以相 比较 数 字 化 实 验 ,就 有很 大的优点 。数 字化 实验为加快教学 改革提供 了更 有利 的保障 。 自从数字化 掌门人冯容士 ,在数字化 实验的开 发 上不 断 改善 ,将传 统 的物理 实验 加深 为将计 算机 、传 感 器 、数 字化 采集 器三 者结 合起 来 ,复杂 的物理 实验 瞬 间完 成 ,便 开创 了数 字化 实验 的先河 。 但是数字化 实验 尽管 已发展几十年 ,在 国 内却始终没有 得 到普及和推广 。主要 原因有二 :一是 目前数字化 实验教学 依 赖 的教 学仪器和 传感器 主要靠 山东远大 、宁波G O Y 等 公司 研 发,价格 比较 昂贵;二是真正应用 的实例匮乏 ,尤其是数 字 化实验与传统 实验 的互补没有得到 充分 的研 究,从理论到 实践还 存在差距 。
手机传感器在向心加速度教学中的应用

利用phyphox软件上述功能,可以为学生演示许多物 理实验,为学生展示生活中的物理,使学生体会到物理学 带给生活的改变。
2020 年第 4 期
SCIENCE FANS
教育教学 1
手机传感器在向心加速度教学中的应用 *
杨润莲 1 叶子萱 2 龚 杰 2 吴彬垚 2 龚晓波 3 陈晓莉 4 (1. 西南大学物理学专业 2017 级,重庆 400715;2. 重庆市朝阳中学高二(10)班,重庆 400700;3. 重
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3 手机传感器在高中物理向心加速度教学中的应用 3.1 实验目的
探究做匀速圆周运动的物体加速度与角速度、半径 的关系。 3.2 实验器材
安装p hy p h ox软件智能手机一 部、电脑一台、转盘 一个。 3.3 实验步骤
【关键词】手机传感器;phyphox 软件;向心加速度;应用 【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】1671-8437(2020)04-0244-02
1 引言
做匀速圆周运动的物体速度大小不变但方向时刻改
变,称之为向心加速度。2019年新版高中物理人教版教
材先学习向心力,再学习向心加速度。向心加速度的大小
(3)点击运行后以不同转速充分转动转盘,使手机 记录足够的数据;
(4)停止转动并关闭运行,将实验曲线截图保存,后 续用电脑处理;
(5)更换手机固定点,即改变半径r再次进行实验; (6)处理实验数据。 3.4 实验数据记录与处理 (1)手机到转盘圆心的距离r1= 0.2 m,旋转转盘至 自动停止后,得到数据如图4左所示,缩短手机到转盘圆 心的距离r2= 0.1 m,得到数据如图4右所示。
宁波市正始中学物理数字实验室文化的探索和实践

总第352期2020年12月校园风采:宁波市正始中学宁波市正始中学物理数字实验室文化的探索和实践朱珂丹摘 要:物理学科核心素养强调信息技术与物理课程的全面整合,数字化的物理实验室一般由传感器、数据采集器、计算机及相关数据处理软件等构成的测量、采集、处理设备和与之配套的实验仪器设备组成,是面向未来的智能实验室。
探讨宁波市正始中学应用物理数字实验室培养数字实验教师团队,助力教师发展,引领学生进行“微科研”项目,积极探索、努力沉淀实验室文化的一些措施和成果。
关键词:数字实验室;实验室文化;核心素养;微科研作者简介:朱珂丹,本科,一级教师。
浙江省宁波市正始中学,315131一、物理数字实验室简介国家新课程改革强调学生科学探究、科学素养、创造性思维和问题解决能力的培养。
教育部发布的《普通高中物理课程标准(2017年版)》(简称新课标)中明确提出,在高中物理课程中,应注重科学探究,尤其应注重物理实验,这在培养学生的探究能力和科学态度等方面具有重要地位。
提高物理教学水平,发展学生物理学科核心素养,离不开信息技术与物理学习的融合。
要设计各种学习活动让学生利用信息技术提升物理学习能力,如用数字实验解决一些常规方法难以实现的疑难实验问题等。
我校于2012年着手改建原有实验室,将原有物理实验室改造成面向未来的物理数字实验室。
数字化的物理实验采用传感器来采集数据,运用实时测量、计算机智能控制和分析等先进技术,对原有实验进行补充,将原有实验中一些瞬间或微小的数据变化实时显示出来,从而将原有实验中的定性实验定量化,使物理实验更有说服力。
2018年,我校又在原有的物理数字实验室基础上引入各种传感器和配套数字实验设备,采购交互智能电子大屏提升实验室硬件设备。
与此同时,我校着手组建物理数字实验教师团队,全面提升全校物理教师信息化实验水平和实验教学软实力。
在此基础上,我校物理组教师团队合作开发数字实验选修课程,将数字实验与课堂深度融合,积极探索物理数字实验室文化(如图1所示)。
利用压强传感器测握力

中学物理实验设计、创新实验设计论文08物理B班蔡文光084090056摘要:通过一学期的中学物理实验设计、创新实验的学习,认识了力、光电门、声、温度、电压、电流、微电流、磁、位移、光强、G-M(计数)、压强这12种传感器。
在此利用压强传感器作一个小的实验设计。
利用压强传感器测握力一、实验原理介绍压强传感器能直接将绝对压强转换为采集器可以接受的电压值。
通过数据采集器传给计算机系统,通过计算机系统转化后,以数字形式显示在计算机。
这时可以直接读出压强值。
我们知道压强传感器又可以叫做压力传感器,主要是因为压力作用在物体上以后产生压强,使物体发生形变。
所以只要知道产生的压强值P和所受力的面积S,我们就可以计算所施力F的大小。
其大小为:=(1)F∙PS至此,我们测出的是所施力的大小,而我们平时体检所测出的握力大小则是用质量表示(即为多少kg),所以我们还得将力转化为质量的表示法。
如果力与受力面垂直,则我们可以等效看做是桌面受到垂直向下的压力,等效于物体对桌面的正压力,而物体对桌面的正压力就是由于物体受到重力而产生的,即桌面受到的压力等于物体本身受到的重力。
即:G F = (2)物体受到的重力G 由质量m 和当地重力加速度g 决定,为:m g G =(3)所以测出压力要转化为质量只需知道当地重力加速度即可。
所以,所测握力为:gF gG m == (4)二、 学习目的和要求 1、 加强对压强传感器的认识和掌握其使用方法;2、 利用压强传感器制作的握力计测量握力的大小。
三、 实验仪器DISL 实验室、压强传感器、注射器(尾部为圆形)、计算机(硬件和软件)、电源。
四、 实验内容1、 连接实验仪器,检查仪器的完好性;2、 连接压强传感器,打开电源和应用软件;3、 测出大气压强0P ;4、 连接注射器和压强传感器,测量握力产生的压强1P ;5、 测量注射器尾部的面积S 。
五、 实验数据处理 由压强公式S FP =得到压力:S P F ∙= (5)而01P P P -=。
浅议物理教学中数字化的应用

浅议物理教学中数字化的应用作者:刘红英来源:《文理导航·教育研究与实践》2014年第06期【摘要】在使用数字实验系统之前,学生总是苦思冥想找课题,费尽心机找器材,这是研究性学习过程中的普遍现象。
有了DIS和配套的专用和通用实验软件,循着拿着器材找课题的思路,不仅让课堂教学内容得到了延伸,而且使得学生开展真正意义上的探究也成为可能。
【关键词】数字化实验系统;物理教学;超重和失重《普通高中·物理课程标准》明确指出:“重视将信息技术应用到物理实验室……诸如通过计算机实时测量、处理实验数据、分析实验结果等”现行高中物理教材的许多地方介绍了用传感器进行的物理实验。
在教学实践中发现,数字实验系统引入课堂教学,对新课程的教学改革起到很大的促进作用。
本文浅显的谈一下数字化实验系统在中学物理教学中的应用,希望能够对广大师生有所帮助。
一、数字化实验系统简介数字化实验系统是一个开放性的实验平台,将传感器和计算机组成多功能的测量系统,能够独立地或者与传统的仪器结合起来进行实验,通过传感器快速、高精度地实时采集数据,通过接口与计算机连接,使计算机完成数据的采集、计算、分析并展示真实的实验结果。
用它们可以完成力、热、声、光、电等各类实验,提高测量的精度和速度,完成常规仪器难以完成的实验,是深层次的信息技术与传统实验的整合。
它主要有硬件和数字化实验室专用软件(用于传感器数据的采集、数据表现与数据分析)两部分构成,其中硬件包括传感器(感器的作用是把实验中测量的各种非电信号如:力、位移、光强、PH值等)转换成标准的电信号,并把这些电信号传递给采集器)、计算机和采集器(采集器是传感器与计算机的接口,它的作用是把实验中各种传感器输出的电信号转换成数字信号并输入到计算机中)构成。
二、数字化实验系统在中学物理教学中的功能1.实验过程“可视化”利于学生理解物理概念2.数据处理能力强大,利于学生分析物理过程3.学生自主的时间增多,利于实施探究教学4.给学生的课题研究提供了工具利于学生创新意识的培养5.为中学物理“互动式教学”创造了条件.三、数字化实验系统在中学物理教学中的应用实例1.数字化实验系统在中学物理教学中的应用步骤:2.数字化实验系统应用实例:课题:超重与失重实验目的:(1)运用我们所学过的有关知识去研究、分析产生超重与失重的原因,更好地加深理解牛顿第二定律和拓展我们的知识面。
人教版高中物理教科书中的数字化实验

物理专题a人教版高中物理教科书中的数字化实验文丨金新喜摘毋:为落实课程标准的要求,新编人教版高中物理教科书设计了一些利用数字化实验器材完成的实验活动。
教 科书依据教学实际,在保证数字化实验的科学性、发挥其优点的同时,糢糊数字化实验器材和传统实验器 材的边界,聚焦实验的功能,旨在贴近生活、激发学生的学习兴趣,培养学生的科学探究能力。
又•键hi:物理教科书;数字化实验;实验器材;教材编排物理学是一门以实验为基础的科学。
中学物理实验是在中学物理教学中利用实验器材观察物理现象、采集实验数据,探究物理规律的过程。
它不仅是物理教学的手段,而且是物理教学的重要内容。
为落实中学物理课程标准的理念和要求,中学物理物教科书常设计大量的实践活动,将实验作为教科书内容的一部分。
长期以来,如何做好规定实验、创新实验设计一直是中学物理教学领域的研究热点。
近年来,信息技术的飞速发展给中学物理教学带来了巨大的变化,新技术的开发应用带来了新的教学手段,催生了新的教学方式和实验形态。
新编人教版高中物理教科书设计了一些采用数字化实验器材完成的活动。
该如何看待这类实验活动,用好这部分内容呢?一、正确看待数字化实验在信息化浪潮之下,中学物理课堂上出现了大量形式多样的数字化手段。
不少学者将这类现象称为“物理实验教学中的信息化”,也有学者将之称为信息技术与物理教学的整合,并论述了其优势和不足|11121。
对广大教师而言,往往泛用数字化实验称呼它。
在这种背景下,教师对所谓的数字化实验也有不同的认识。
一种认为,与传 统实验相比(也有称之为常规实验),数字化实验精度高,数据处理便捷,有利于提高课堂教学效率。
既然人类已进入信息化时代,掌握信息化工具已经成为基本素养,应该提高数字化实验的比重,逐步淘汰传统实验。
另一种观点认为,数 字化实验过于现代化,不能贴近学生的生活,有 “弄虚作假”之感,会破坏学生对物理现象本质的探究且因操作简便不利于培养学生的实验操作能力。
传感器及其应用例举

教学参考, 2002 (6) 3 方鸿辉, 刘贵兴. 创造性物理实验. 上海: 上海科学
普及出版社
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图 11 实例: 滴水 (下雨) 监听器 取一块 20×20 cm 2 的薄胶木板, 在板中心用黑封 泥粘一块 H TD 27A - 1 型压电陶瓷片, 并将两端引线 与扩音机话筒输入端相连, 如图 11 (b) 所示. 然后将胶 木板固定在支架上, 并移至水龙头下. 调节水龙头, 使 水一滴一滴地落在压电陶瓷片中心. 扬声器里发出清 晰的滴水声. 图 11 (c) 是观察振动波形的实验. 用不着多举例了, 通过以上实例, 我们领略到传感 器在各行各业的应用. 只要平时注意观察, 勤于思考, 勇于实践, 我们能发现它更多的用处.
出版社, 1981
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电量 电阻, 电压, 电流, 电容, 电感
磁性 磁场, 磁通
光学 亮度, 颜色, 透明度
声学 声压, 噪声
二、应用举例
1. 电阻或传感器
我们知道, 导体的电阻与其长度成正比, 与其横截
面积成反比, 还与其材料、温度有关, 即
R = ΘL S. (T 一定时) 有些材料的电阻率随温度变化比较敏感, 或长度
端输出, 经 D 2 整流、C 滤波后再送入直流继电器 L , 从 而使 L 吸合, 继电器的常开触点 J 又跟计算器“= ”键
ห้องสมุดไป่ตู้
相连, J 吸合相当于“= ”键按下, 若先按下“1”键, 再按 下“+ ”键, 则 J 每吸合一次, 计算器就加 1, 同时喇叭
响一次. D 2 为普通整流二极管, C 为电解电容 (25 V、 470 ΛF ) , 放电电阻 R 为 100 8 , 继电器选用 J ZC22F
韩师学人 刘茂军教授

韩师学人
刘茂军ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ教授
刘茂军,男,1978 年生,辽宁东港 人,教育学博士,韩山师范学院教育科 学学院教授。1998 年-2005 年,在沈阳 师范大学物理科学与技术学院分别获得 物 理 学 学 士 学 位 和 课 程 与 教 学 论 (物 理) 硕士学位;2005 年进入吉林师范大 学物理学院工作;2010 年-2015 年,在 哈尔滨师范大学教育科学学院获得课程 与教学论博士学位;2013 年被评为吉林 师范大学硕士生导师;2017 年 9 月-11 月,公派加拿大 UBC 大学访学;2019 年 被评为教授。
刘茂军教授一直致力于基础教育研 究,主要研究方向包括基础教育课程改 革、话语分析、数字化实验教学等。以 第一作者在 《课程·教材·教法》《教育学 报》《国家教育行政学院学报》《人民教 育》《教学与管理》《物理教师》 等刊物 发表学术论文 50 余篇。主持并完成省级 基础教育改革重点课题 2 项、厅级课题 2 项,其中,“中学物理实验与传感器整合的研究”被评为省级优秀结项课题。2014 年,以主持人身份 获得省级基础教育教学成果三等奖 1 项,题目为:基于数字化传感器开展中学物理实验教学的研究 与实践;2017 年,其研究成果被吉林日报宣传报道;2018 年,以主持人身份获得省级基础教育教学 成果二等奖 1 项,题目为:基于数字化传感器平台的高中物理课程资源开发研究;获得省级教学成 果一等奖 3 项。 刘茂军教授承担了大量硕士研究生的课程教学、论文指导和人才培养工作,由于指导有方、成 效显著,2014 年被评为“全国第四届教育硕士优秀教师”。目前,已经培养硕士研究生 50 余人,指 导的硕士论文被评为省级优秀硕士学位论文 1 篇,题目为:教师专业学习共同体发展状况的调查与 建议——以吉林省部分中学物理教师为例,指导研究生发表国家核心期刊论文 8 篇、省级期刊论文 30 余篇,指导研究生获得全国性教学技能大赛一等奖 10 余项,指导研究生获得国家奖学金 1 项,其 他奖学金多项。毕业生在广东、广西、海南、福建、江苏、吉林、黑龙江、河北等省份的中学一线 工作,多人成为骨干教师。 刘茂军教授承担了大量本科教学和实践指导工作,经验丰富,指导本科生获得全国性教学技能 大赛一等奖 10 项,其他奖项多项,指导本科生完成国家级“大创项目”2 项,省级、校级“大创项 目”5 项,指导本科生完成校级大学生科研立项 10 余项,多次被评为“优秀指导教师”称号。
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数字传感器在中学物理实验中的应用
摘要:数字式传感器运用于中学物理实验教学具有很多优势,本文通过对利用数字式传感器改进中学物理实验教学的案例研究,结合高中物理新课程教材的典型教材对实验的效果及教学过程中应该注意的问题进行适当的分析、说明。
通过数字式传感器对改进静摩擦力实验的案例研究,我发现利用数字式传感器进行实验,操作简单、高效、结果准确,同时用数字式传感器进行实验的结果直观。
通过数字式传感器对改进自感现象实验的案例研究,我发现利用数字式传感器进行实验不仅将定性分析改进成定量分析,还增强了实验的直观性和可信度,使学生能够体验科学探究过程,熟悉科学研究方法。
关键词:数字式传感器;物理实验;弹力
Abstract: The digital sensors used in high school physics experiment teaching has many advantages, the paper through the use of digital sensors to improve high school physics experiment teaching case studies, combined with the high school physics teaching the new curriculum materials typical experimental results and teaching process should pay attention proper analysis problems described. Through digital sensor for improved static friction experiments case studies, I found that the use of digital sensor experiment, the operation is simple, efficient, accurate, and using a digital sensor experimental results intuitive. Through digital sensor for improved self-inductance phenomenon experimental case study, I found that the use of digital sensor experiment will not only improve the qualitative analysis into quantitative analysis, but also enhances the visual experiments and credibility to enable students to experience the process of scientific inquiry , familiar with the scientific method.
Keywords: digital sensor; Physics; stretch
引言
物理新课程课改中为了避免由于测量方法、仪器、环境和测量者自身素质引起的误差,引进了计算机辅助实验系统。
高中物理中传统的实验手段存在着误差大、数据采集慢(无法在很快的时间内采集很多组数据)、有的物理量无法直接测量、读数不方便等问题,更为重要的是数据处理手工完成,效率低,误差大。
初步实现了运用现代技术改造传统的实验手段和方法,而且为信息技术的融合创造了条件。
它不但能替代许多传统仪表,如打点计时器、弹簧秤、温度计、压强计等,而且还能直接测量瞬时速度、磁感应强度、微电流计等传统仪表无法测量的物理量。
即使替代也不是简单的功能重复,而是大大提高了测量范围、精度、反应时间。
因此,数字式传感器的应用使中学物理的教学内容发生了很多改变,许多原来不能做的实验可以做了,许多原来只能定性的实验可以定量分析了,许多“瞬时”的过程我们能通过高速扫描记录下来。
学生可以探究的问题范围和深度都大大拓展,这对提高学生的探究能力很有益处。
栅式传感器的工作原理
.光栅的基本元件是主光栅和指示光栅。
它们是在一块长条形光学玻璃上,均匀刻上许多明暗相间、宽度相等的刻线。
常用的光栅每毫米有10、25、50、100和250条线。
主光栅的刻线一般比指示光栅长。
若将两块光栅叠合在一起,并且使它们的刻线之间成一个很小的角度.由于遮光效应,两块光栅刻线相交处形成亮带,而在一块光栅的刻线与另一块光栅的缝隙相交处形成暗带,在与光栅
刻线垂直的方向,将出现明暗相间的条纹,这些条纹称为莫尔条纹.
2利用数字式传感器改进中学物理实验教学的案例分析
教材上的静摩擦力实验
在摩擦力一节中,新教材第53页有演示实验,利用弹簧秤和木块探究拉力和摩擦力的变化情况以及两者之间的关系,课本的介绍如下:
图2.1弹簧测力计图2.2拉力变化示意图
把木块放在水平长木板上,用弹簧测力计沿水平方向拉动木块,在拉力F增大到一定值之前,木块不会运动。
在弹簧测力计的指针下塞一个小纸团,它可以随指针移动,并作为指针到达最大位置的标志(图2.1).继续用力,当拉力到达某一数值Fmax时木块开始移动,此时拉力会突然变小到F0。
图2.2是拉力变化的示意图,你能不能看出木块是在什么时候开始移动的?
利用弹簧测力计进行书上的实验,虽然仪器简单,但操作要求较高,实验时必须匀速拉动木块,操作时很难做到,并且要一边匀速拉动木块一边读出弹簧秤的读数,许多学生都无法迅速准确的完成。
课本上画出了摩擦力随拉力变化的情况,但这个变化在学生自己动手利用弹簧进行实验的过程中是很难直接观察出来的。
用力的传感器来代替弹簧测力计做这个实验,通过在计算机屏幕上直接得到拉力变化的图线。
小结
通过改进摩擦力和自感现象实验的案例研究,我们不难发现应用数字式传感器进行高中物理实验的优越性是显而易见的,除了本文介绍的实验案例外,数字式传感器在还应用于很多中学物理实验,使用数字式传感器,能够完成力学、运动学、电磁学、光学、热学及原子物理实验数百个。
除了沿用传统实验装置以外,数字式传感器还应用于“向心力实验器”、“平抛运动实验器”、“安培力实验器”、“干涉、衍射、偏振实验器”、“凸面桥受力实验器”等,数字式传感器实验简化了实验数据的采集过程并且采用数字式传感器进行实验,操作简单、高效、结果准确,让我们感觉到了高科技带来的便捷。
参考文献:
【1】八年级物理上下册.江苏科学技术出版社,2012
【2】黄贤武、郑筱霞.传感器原理与应用.成都电子科,2012。