DIS系统

DIS系统（共11篇）

DIS系统 篇1

随着信息技术的不断发展, 一种以计算机、传感器和数字采集器为主的DIS (Digital Information System) 数字化信息系统正在逐步走进中学物理课堂, 服务于课堂教学。DIS系统是利用电脑做终端, 通过连接数据采集仪、传感器和传统仪器共同完成物理量的测量, 观察物理现象, 探索物理规律, 是新一代智能化实验教学仪器, 其工作原理如图1。与传统的实验仪器相比较, 它有很多优势, 例如测量精度高, 处理速度快, 数据精准丰富, 图像形象生动, 不仅节省了大量的课堂教学时间, 还可以拓展课外实验, 激发了学生对物理实验的兴趣和创新意识。[1,2]DIS系统可以说是信息技术与物理实验的完美结合。本文就几个演示实验的案例来介绍DIS系统在物理演示实验中的作用。

1 动态实验过程, 深入理解概念

DIS系统不仅可以完成所有传统实验内容, 而且实验过程更为简便、直观, 特别是其动态的展示实验过程, 即时输出实验数据, 学生可以观察所得图像, 分析图像特征, 总结物理规律, 能帮助学生更好的理解物理概念和物理规律。

如传统演示实验中验证牛顿第三定律, 通常选两只弹簧测力计, 然后互相对拉, 看两个测力计的示数是否相同。在实验过程中学生无法同时观看两个侧力计的读数, 这样就给实验带来了偶然误差, 同时传统实验无法展示作用力和反作用力的动态变化关系。而利用DIS系统的力传感器, 设置两个通道, 用正负表示方向, 可以形象的表现出作用力和反作用力的动态变化关系, 如图2。

2 实验数据精准, 处理方式多样

DIS系统中的传感器包括力、运动、电流、电压、压强、温度、声、磁等十多种, 可测量的物理量十分丰富。除了传统仪器可以测量的力、电等物理量, 还有一些是传统仪器无法测量的, 如声波、磁场等。同时实验数据采集系统所使用的传感器分辨率高, 而且有多个量程, 如温度传感器的分辨率为0.01°C, 量程-50°C~+250°C;双量程电压传感器分辨率为1m V/0.01V, 量程-1.5V~+1.5V/-15V~+15V等。采集周期最短为20μs, 频率达到104Hz。

在数据显示方面, 在计算机上对于连续采集的数据有图像、表头或数据三种不同的数据显示方式;同时可以对生成的曲线拟合公式, 用于数据分析。

如用DIS系统研究通电螺线管内部的磁场。将磁传感器置于通电螺线管的一端, 然后沿轴线方向匀速进入, 得到其内部磁感应强度随时间变化的图像 (图3) 。通过图像可以得出以下结论: (1) 螺线管内部磁场是呈对称分布, 中间部分磁场最强, 两端磁场较弱; (2) 螺线管中间部分可以近似为匀强磁场。

改变实验中螺线管中电流的大小, 将磁传感器放置于螺线管内部固定位置, 分析磁感应强度随电流的变化关系, 得到B-I曲线 (图4) 。图4中清晰的看出B与I成正比关系, 此图像与理论结果是相符合的。

3 节约操作时间, 利于深入讨论

DIS系统操作简单, 只要对该系统进行简单的了解, 从实验操作到软件操作, 都很容易完成。在实验过程中可以对实验数据实时采集、处理、绘图、存储以及打印过程。下表列举了几种常见的物理演示实验用两种不同方法在数据处理时间上的比较, DIS实验的时间包含了曲线拟合函数和公式运算的时间。

以上数据表明, 利用DIS系统处理数据可以比传统实验节省70%以上的时间, 同时减少实验的偶然误差。利用DIS系统演示实验, 一方面使得一些实验周期较长, 不适合作为演示实验的题目顺利进入课堂教学, 另一方面节省的时间留给师生对实验结果以及相关问题进行深入的交流和讨论, 可以有更多的时间开展探究式教学。

4 激发学生兴趣, 培养创新意识

高中阶段的物理课程要给学生提供必要的科学探究机会, 让学生通过自己思维、动手实验、查阅文献等, 体验探究过程的曲折和乐趣, 发展科学探究的能力, 增强对科学探究的理解。[3]传统实验教学过程是教师的讲解和学生的重复, 内容毫无新意, 同时经典物理内容与现代高端的科技手段相脱节, 无法吸引学生兴趣。

与传统实验相比, DIS实验则更加侧重于培养学生的自主探究的能力以及创新意识。利用DIS系统, 设计新颖的实验, 与实际生活联系, 可以让学生在实验中获得成就感, 产生进一步探究的兴趣。[4]例如, 用长导线与微电流传感器相连, 使导线位于东西方向在空中摇动导线, 计算机显示出导线中通有交流电, 这正是由于导线切割磁感线而产生的感应电流。实验中将看不见的地磁场的磁感应线通过计算机数据展现出来, 体现了现代信息技术的高能力。通过看到这个现象还可以让学生进一步改变导线的方向, 通过不同的结论得到地磁场的确切方向, 然后深入到理论的学习。

从以上实例中可以看出, 在物理演示实验教学过程中加入新型的DIS数字化信息系统, 既充分发挥了现代技术对于物理教学中的作用, 还有利于激发学生的学习兴趣, 培养动手能力和操作意识, 可以缩短我国与先进国家实验教学仪器上和教育理念上的差距, 复合我国实验教学改革方向。

参考文献

[1]文林, 李会.基于DIS的超重失重实验研究[J].科技信息, 2013 (21) :47-48.

[2]王劲存, 仲扣庄.用DIS探究影响滑动摩擦力的因素[J].物理实验, 2010, 30 (5) :25-26.

[3]中华人民共和国教育部.普通高中·物理课程标准 (实验) [M].北京:人民教育出版社, 2003, 56.

[4]杨利平, 浅谈DIS实验系统的应用与学生创造性思维能力培养[J].现代物理知识, 2010, 22 (6) :40-42.

DIS系统 篇2

1.dishonest 不诚实;

2.disappear 消失，不见;

3.disorder 无秩序，混乱;

4.disapprove 不赞成;

5.discourage 使气馁;阻止;

6.dislike 不喜欢;

7.disadvantage 缺点;

8.discover 发现;

9.disagree 不同意;

10.disproof 反驳;

11.disappoint 使失望;

DIS系统 篇3

《物理课程标准（实验）》中内容标准共分为三大部分，第一位的就是“科学探究及物理实验能力要求”.把物理实验能力要求作为内容标准的一个独立的主题，物理实验在《物理课程标准（实验）》中的地位是显而易见的.物理实验在学习认知、体现科学观念及科学方法论等方面均能发挥重要作用，基于此《物理课程标准（实验）》大力提倡发挥实验在物理教学中的重要作用.课标建议“尽可能让学生尝试用计算机处理数据，学会用通用软件来简单处理实验数据”同时“还提倡用身边常见的生活器具来做物理实验”.《基础教育课程改革纲要（试行）》明确要求：积极开发并合理利用校内外各种课程资源，教育部在《关于新形势下进一步做好普通中小学装备工作的意见》明确提出鼓励教师自制教具.基于这些文件的理念指导和强烈建议，结合对物理实际教学存在的问题分析，发挥教师立德树人的热情及创造力，在整合自制教具的课程资源与DIS数字信息系统的现代信息技术，定量化收集实验数据、快捷化处理实验数据，可视化显示物理规律上做了一些尝试.现代信息技术与自制教具资源的有机整合，优化了实验教学手段，开阔了学生视野，拓展了学生思维.

1显性化研究物理现象——超重失重现象1.1实验探究的必要性

超重与失重是高中物理中具有典型性与代表性问题之一，但是教材及老师的课堂处理，使学生在学习上没有经历情境探究，知识构建的过程，因此在教学效果上学生对于超重与失重的物理本质内涵存在很多困惑.《物理课程标准（实验）》对此有明确要求：通过实验认识超重与失重.依据超重失重的物理现象的特点，高中学生的认知心理规律及课程标准的理念要求，我们尝试整合DIS系统与自制教具进行实验探究教学.

1.2实验探究

实验器材 DIS系统软件，计算机，无线力传感器，无线加速度传感器，数据采集器及无线接口，自制教具模拟电梯如图1等.

实验操作

（1）按图3示组装实验装置，打开DISLab7.2软件，开启无线加速度、力傳感器开关；

（2）点击软件加速度传感器端口按钮，在加速度实时采集栏中选择Z维度并调零.再选择软件力传感器端口按钮并调零.点击计算表格按钮，将采集间隔调整为0.2 s.

（3）在力传感器下挂上2N砝码，点击自动记录开始按钮，并同时将模拟电梯从最低端静止释放.在模拟电梯完成2-3个周期后，用手停止其运动.

（4）点击绘图按钮，分别作出F-t、a-t图象.（为区别可采取不同颜色标注）

实验结果获得数据如图4，通过绘图得到图像如图5，其中F-t（图线1）、a-t（图线2）

实验结论加速度向上，物体处于超重状态.加速度向下，物体处于失重状态.

注意事项实验前“电梯”需要调整装置水平状态，确保“电梯”在于竖直平面内做一维运动，尽量减小“电梯”与钢柱间的摩擦.调整弹簧上端悬线长度，挑选自制教具中三个弹簧的劲度系数，尽量模拟真实的电梯运行，提高实验的与生活情境的真实接近性，同时，做好运动时的上下缓冲，调节“电梯”振幅，使物理图像可视化较好.DIS系统软件在数据采集时.数据采集时间间隔时间间隔设置为0.2 s为宜.

2定量建构物理概念——磁感应强度B概念

2.1实验探究的必要性

磁感应强度是电磁学的基本概念，也是核心概念之一，它对于“磁场”及其后续知识的学习，都有着关键性的作用.教材通过与电场强度的类比，以比值定义的方法给出了磁感应强度的概念.事实上，学生在学习认知上还是存在很大的困难，对于寻找如何描述磁场强弱和方向的物理量依然存在很多困惑.所以有必要通过实验探究的教学方式进行教学，增强教学的说服力，培养学生的问题意识和证据意识，提升实验探究能力.

2.2实验探究

实验器材DIS系统软件，计算机，力传感器，多抽头自制线圈（如图6），间距可调的自制磁体（如图7），滑动变阻器，学生电源，电键，数据连接线及导

线等.

实验操作

（1）按如图8方式组装实验装置，连接导线和数据线，调试DIS配套软件，

（2）闭合开关，采集数据开始，移动滑动变阻器，改变电流I大小，继续收集数据，断开开关，采集数据结束，如图9.

（3）DIS系统软件以安培力F为纵轴y，电流I为横轴x（通电导线的长度取250匝）作图，线性拟合，如图9.

（4）保持0匝鳄鱼夹接线柱、学生电源电压，滑动变阻器滑片位置等不变，将另一鳄鱼夹依次与50匝、100匝、150匝、200匝、250匝、300匝，DIS系统软件逐个收集数据.

（5）DIS系统软件以安培力F为纵轴y，通电导线的长度（匝数）为横轴x作图，线性拟合.最后引导学生观察分析，建构磁感应强度B的概念.

实验结果获得的实验数据如图9，DIS系统软件作图线性拟合的物理图像如图10（此图9、图10为在2015年安徽省中小学实验说课比赛活动中现场的实验数据和图像）.

实验结论磁场中通电导线受力F与电流I和长度L的乘积IL成正比.

注意事项多抽头自制线圈如图6选用的漆包线直径不宜过大，抽头处电焊焊接不能是虚焊，绕制完成后要用棉线将线圈扎牢固，防止通电时导线排斥，影响平衡.线圈受力的一边实验前要调制平直，实验时放置在间距可调磁体如图7的平口出切与磁体平行.DIS系统软件采集数据时的采集频率设置成20 Hz，不宜过高.

在可视化建立物理规律上，譬如自制实验教具资源与DIS中光电门的整合，可视化建立机械能守恒定律；自制多匝线圈资源与DIS微电流传感器的整合，可视化建立法拉第电磁感应定律等也可以有一些富有创意和效果优秀的教学尝试.

3实验评价及教学主张

DIS数字信息系统使实验数据收集快捷化，图像绘制拟合使物理规律显性化、直观化，有利于建构物理观念和培养提高实验探究能力.实验模拟生活中电梯这一工具，使物理教学更加亲切可感；自制多匝抽头的线圈使叠加原理和微小量放大的实验思想更易于理解，有利于培养物理科学思维.DIS数字信息系统的实际课堂使用，尤其是最先进的器材——无线传感器和最新版本的配套软件，是物理教学更具时代性；实验资源的自创，体现出教学的创造性，有利于培养学生的新时代创新精神和实验探究能力，培养时代意识与责任.因此，DIS数字信息系统与自制实验教具深度整合做定量实验，用多种方式收集数据，优化实验教学效果，有利于培养、提高学生的物理学科核心素养.

DIS系统 篇4

朗威数字化信息系统实验室（Digital Information System Laboratory系统，以下简称DIS系统）是由上海市中小学数字化实验系统研发中心立足新课改的具体要求研究开发的。该系统是由“传感器+数据采集器+实验软件包（教材专用软件、通用扩展软件）+计算机”构成的新型实验系统。DIS系统成功地克服了传统物理实验仪器的诸多弊端，有力地支持了信息技术与物理教学的全面整合。

我校配置的DIS系统由传感器、数据采集器和专用软件构成。数据采集器与计算机以串行方式通信，与传感器采用并行输入方式，可一并接入最多4个传感器。它同时具备弹簧测力计、电流表、电压表、示波器、数字毫秒计、温度计和气压计等多种仪器设备的功能，可以实现动态测量的高精度和数字化。它能够完成高初中阶段绝大部分定性、定量测量的物理实验，大幅提高实验精确度和实验效率。DIS系统不仅可以完成传统的物理实验，还可以完成一些传统实验很难完成的实验并且现象明显。

二、声现象演示实验

（一）实验装置

将数据采集器通过专用数据线连接到计算机，连接电源，将声传感器通过数据线连接到数据采集器，打开数据采集器开关，在计算机上启动DIS系统软件，选择“通用软件”即可开始实验。如图1。

（二）声音的产生

敲击音叉，可动态显示声音波形，振幅逐渐减小，用手触摸音叉，停止发声，波形变成一条细水平线，显示物体振动发声（如图2）。

（三）声音的特性

1. 频率：音调。

(1) 比较256HZ/512HZ音叉的音调和频率，学生可以通过大屏幕直观地看到不同音调的声音波形，音叉振动的频率不同（相同时间内，音调高的完整波形的个数多，也就是频率较高）如图3、4。

(2) 比较63HZ、100HZ、315HZ、630HZ、1000HZ、2000HZ、4000HZ不同频率的声音波形可以由课件通过音箱播放声音，由系统测量（将声传感器对准音箱喇叭）并显示波形，让学生观察、比较（因采样频率最高10KHZ，所以高频信号的波形显示需要较高配置的计算机，采样频率选择10K, 4000KZ以上频率的声音一般配置的计算机系统不能显示波形）也可以由教师事先整理成图片依次展示，如图5、6。

注意：软件中“采样频率”选最大的10K；该实验对计算机配置要求高，否则不能正常显示波形。

2. 振幅：响度。

调整好系统，敲击音叉显示波形，调整“X缩放”可显示如图7、图8，振幅越大响度越大，也就是声音“大”，反之声音“小”。

3. 音色。

不同乐器发出的声音波形不一样，有条件的学校可以现场演奏，或者播放乐器演奏的录音、音频文件，由DIS系统采集数据，调整后可以直接在大屏幕上展示。也可以由男生女生分别上讲台，对准声传感器发声，即时显示波形并分析。

（四）观察噪声的波形

注意：采集数据完点击停止后，要点击“X平移”才能显示刚才噪声的波形。教师可根据情况选取合适的频率、振幅都不规则的部分，引导学生仔细观察。也可以展示事先做实验的波形图像以节省时间。

三、利用DIS系统做演示实验与传统实验的优劣分析

（一）可视度高

传统实验使用教学示波器或大屏幕示波器，后排学生很难观察到波形的动态变化。而DIS系统通过投影仪将整个图形投影在大屏幕，大大提高可视度，使得全班学生都能非常清晰地观察到波形的动态和静态显示。发声结束后，波形依然显示在大屏幕上，学生可以继续观察，教师也可以对显示的波形仔细分析，非常方便。

（二）即时动态显示

无论敲击音叉还是通过计算机所带音箱发声，DIS系统都可以即时动态显示声音的波形，使学生能直观地观察实验现象，加深对声音的产生、声音的波形、声音的特性以及噪声的理解。

（三）装置组装容易，调整方便

系统组装非常容易，只需连接声传感器、电源、计算机数据线，即可开始实验，而传统教学示波器或大屏幕示波器在实验过程中需要仔细调整才能显示正常波形。另一方面，DIS系统通过专用软件可以很方便地通过鼠标点击分别调节波形X、Y轴的放大比例以达到最佳显示效果，并大大提高课堂效率。

（四）如有需要，可对各种声源做定量分析

DIS系统显示的波形X轴为时间，可以定量计算声音的频率；不改变Y轴比例，可以直观地定量比较不同响度的振幅。

（五）可利用系统开展多种课外兴趣小组活动

四、几点注意和反思

（一）DIS系统虽然有很多优点，但不能完全替代学生自主的动手探究。

（二）教师应有针对性地介绍波形图像所代表的物理意义，比如频率、振幅等。

（三）对配套使用的计算机要求配置高，否则波形显示不正常或无法显示。

（四）教师在课前应主动试做实验，熟悉DIS系统，提高课堂效率。

摘要：DIS数字化信息系统实验室简介及其在初中物理八年级第一学期第一章声现象的演示实验中的应用, 使学生能直观、定量地观察实验现象, 加深对声音的波形、声音的特性以及噪声的理解。

关键词：DIS系统,声学演示实验

参考文献

[1]朗威数字化信息系统实验室V5.0DISLab用户手册.

dis前缀是什么意思中文 篇5

dislike：不喜欢（dis+like喜爱→不喜爱）

disorder：无秩序（dis+order顺序→没有顺序）

disagree：不同意（dis+agree同意→不同意）

dishonest：不诚实的（dis+honest诚实的`→不诚实的）

disappear：消失（dis+appear出现→不出现→消失）

2、当dis前缀表示分开、分离的意思时，常见的单词有：

distract：分心（dis+tract拉→把〔心〕拉开→分心）

discuss：讨论（dis+cuss敲打→把〔问题〕分开敲→讨论）

discard：丢弃，抛弃（dis+card扔→扔出去）

DIS系统 篇6

[关键词] DIS实验 高中物理教学 优化应用 有效性研究

[中图分类号] G633.7 [文献标识码] A [文章编号] 1674 6058（2016）17 0079

DIS实验是一种较为先进的实验方式，主要就是通过计算机以及相应设备将实验中无法人工测得的数据进行显示，完善实验结果，充实教学内容，使学生对该块知识的理解更为深入，以及在实验过程中，对该种新颖的实验方式产生较大兴趣，提高学习效率以及学习质量。在实际应用过程中，DIS实验还处于完善阶段，存在较多不足，因此，需要针对DIS实验应用中存在的不足进行相应探究。

一、DIS实验在高中物理教学中的应用

DIS实验对高中物理教学有较大的作用，主要就是具体化抽象概念，将之前无法进行具体操作的实验能够具体进行，学生能够实际接触这些实验，从而加深对这些知识的理解，提高学生探索的积极性，对进一步促进学生自我学习能力的发展较为有利。DIS实验在高中物理教学中存在一些不足，主要来源于DIS实验的性质、设备以及教学理念，导致在实验过程中忽略其他部分的影响以及其他能力的发展，对进一步提升高中物理教学质量有不利的影响。

1.过于依赖计算机，忽略传统实验方式

DIS实验是一种利用数学化信息系统获取以及处理实验数据的实验，能够实际提升实验效率，加快实验进程，有较大的发展空间以及发展价值，但是在实际的使用过程中存在较多不足之处，为使其发挥实质性的作用，就需要进行全面的探究。通过对DIS实验在高中物理教学中的应用发现，DIS实验过于依赖计算机、依赖相关程序，忽略学生的实际操作能力以及学生的数据处理能力，造成的后果是学生在DIS实验操作过程中形成只靠计算机进行的模式，不利于学生对物理知识的进一步理解。

2.程序更新过快，数据处理以及储存不稳定

DIS实验在应用过程中的另一个问题是程序更新过快，计算机中数据处理程序以及数据获取程序的更新换代过快，主要目的就是适应不断增加的数据种类以及不断复杂的处理方式，这一情况会造成数据处理的不完整性，有些基本数据处理程序出现掩盖的现象，数据储存出现相应问题。

3.计算机结果理想化，影响学生的思考方式

DIS实验的一个主要的特征是展示的数据是理想化数据，简单来说就是在实际环境中不可能达到的结果，这对学生的思维方式产生相应影响，让学生认为这是实验处理的真实结果，这一概念一旦产生很难改变，对下面与之相关知识的学习造成一定的阻碍。

二、DIS实验在高中物理教学中的优化应用及有效性研究

1.DIS实验与传统实验有机结合

DIS实验在高中物理教学中的优化应用的措施之一就是结合传统实验，具体操作就是教师设计相应实验，让学生进行实际操作，对无法人工获取的数据，由计算机获取，如瞬时速度的测定实验，数据的处理由学生自己进行，这样一来既能培养学生的实验能力，以及保证学生的计算能力，也通过实际参与，加深学生的印象以及保证学生的实验积极性，通过实际接触使学生更为深刻地理解相关知识。

2.DIS实验与教材内容同步

DIS实验效果提高的另一个措施就是让DIS实验内容与高中物理教学内容相统一，具体操作就是教师在适宜进行DIS实验板块的教学过程中，首先进行该块知识的提点，让学生进行实际操作，学生通过理论学习以及实践操作，加深对相关知识的记忆，并且通过实际操作加深对这一块知识的剖析兴趣。

3.DIS实验给予学生自主探索的空间

DIS实验在高中物理教学中的优化应用及有效性提高的措施还包括，教师在课堂教学中，给出实验范围，让学生进行实验设计，教师提供一定的实验设备以及DIS实验工具，让学生操作，并记录实验数据分析实验结果，分析实验中存在的不足及实验的优点，将之作为下一次的实验经验以及实验基础，以此调动学生的实验积极性以及自我探索精神，发展学生实验兴趣，提高实验设计能力。

基于背景特征匹配的DIS算法 篇7

1 基于区域分类的全局参数求解法

本文提出的全局参数求解过程分为区域分类和特征匹配两部操作实现:

1.1 区域分类

局部区域的特征匹配结果不能提供实际的摄像机运动参数, 影响稳像效果;纹理丰富区域特征能提供更准确的匹配。综上, 根据相邻图像关系和图像内部邻域关系进行区域提前分类。具体步骤如下:

Step1:将当前图像It分割成若干尺寸为M×N的子块;

Step2:计算当前图像中子块与相邻图像中对应子块的MAD值, 并统计全部子块的MAD值, 计算出均值和标准差分别为, μ1, σ1;MAD计算公式如 (1) 所示:

Step4:全局运动具有一致性, 并且根据大量实验发现, 根据MAD值画出的分布曲线与正态函数具有相似的变化规律, 因此根据两个集合的均值和标准差确定保留的区域如公式 (2) 所示:

Step5:以局部运动物体具有聚集性作为理论基础, 考虑初步保留子区域的8领域情况对初分类结果进行再次优化。以黑色区域表示舍弃部分, 从图1看出, 区域分类预处理去除了大量不稳定局部区域, 而保留部分多位于纹理丰富的背景区域, 更好地代表全局运动, 利于估计抖动参数。

1.2 ORB特征匹配

对于每个待匹配ORB特征的二进制描述子, 直接采用哈希函数进行散列运算, 再根据索引值将特征点放入不同桶中, 如果两特征间海明距离较小, 则得到相同索引值的概率就大。为了进一步提高参数精度, 选用迭代最小二乘法剔除误匹配。

2 运动补偿算法

MVI (Motion Vector Integral) 通过引入衰减因子k (0<k<1) 平衡摄像机扫描运动和高频抖动。随着k值增大, 曲线平滑效果变好, 但相对真实运动的状态滞后增加。为了减小滞后现象, 将MVI法看作对补偿矢量的比例控制过程, 引入一个闭环积分器减轻算法状态滞后的现象, 并对积分因子进行加权如 (3) 所示:

3 结论

本文从全局运动估计和运动补偿两方面出发改善DIS系统的性能。运动估计阶段结合区域分类和ORB特征保证匹配结果的准确性;运动补偿阶段采用改进MVI算法平滑扫描运动和抖动参数。通过对真实序列的仿真实验证实了算法的有效性。

摘要：DIS (Digital image stabilization) 算法是摄像系统中不可缺少的重要组成部分, 而视频间全局运动估计的准确性和运算效率是决定稳像系统性能的主要因素, 为了准确补偿抖动参数, 提出了一种结合区域分类和CRB特征匹配的全局运动估计算法, 并结合运动滤波过程, 验证DIS算法的有效性。

DIS系统 篇8

但现实是在教学过程中,由于升学考试的压力和实验设施等诸多因素的限制,许多高中物理中的实验无法在课堂上展示给学生。现在这一状况能有很大改观,DIS实验设备能很好地完成一些利用传统实验手段无法实现的实验操作及过程。我校在数字化实验室的建设上投入了很大的人力与物力,建立了物理数字化实验室,引入了20套EDISLAB艾迪生数字化实验系统,在校领导和上级相关部门的指导帮助下,开展了许多DIS实验的教学,并在区上多次承担DIS教学的公开课,很好体现了新课程“加强与学生生活、现代社会及科技发展的联系”的理念。

一、借助 DIS 测量瞬时量建立概念

例如在进行“电容器和电容”这一节教学时,通常的处理方式有2种,一种是通过类比直接告诉学生电容器带电量与两极间电压成正比,得出电容的定义式并加以分析;另一种是通过电脑动画来模拟电容器的充电和放电过程,借助动画得出电容器带电量与两极间电压成正比,掌握比值定义法。受限于教育器材设备,学生不能直观地体会电容器充放电过程,进而理解电容的定义。借助DIS器材,很好地解决了这一问题。

利用DIS数字化实验手段,可以将电容器的充电这一抽象的不可见的过程在课堂上展示出来。我校有20套数字化实验器材,可以把无法演示的实验升级为学生分组实验,在学生已有传感器使用的基础上,较为顺利地完成这一实验并取得了很好的效果。在实验中,利用DIS中的电流传感器(CS400型,±0.6 A/±3 A)实时测量电路中的电流,利用电压传感器 (VS400型,±15 V/±3 V) 得到电容器两极的电压,将采集到的数据通过高频数据采集器(Lab Pro 400型 ) 输入到计算机,借助软件的积分功能得到电荷量,从而得到电容器的电容。实验电路(如图1所示),为了让实验现象明显,电容器的电容选择稍大一点的,本文中选用550μF的电容,打开EDISLAB艾迪生数字化实验系统,在采集数据对话框中做(如图2所示)的设置(因充电时间很短,把采集参数中的频率适当设高一点,使最后得到的图像连续),用高中学生电源(DY-GX-WY-16/2型)提供4 V,8 V,12 V和16 V等不同的电压对其充电,利用软件的积分功能计算出充电后的电荷量与电压,通过分析建立电容器的电容这个概念。

实验结果如下。

第一次实验充电电压为4 V时,实验结果(如图3所示)。

第二次实验充电电压为8 V时,实验结果(如图4所示)。

第三次实验充电电压为12 V时,实验结果(如图5所示)。

第四次实验充电电压为16 V时,实验结果(如图6所示)。

由实验得到的数据 ( 见表1),分析电荷量与电压的比值,可以看出,Q与U的比值是个定值。

再换用不同的电容器重复上面的实验,发现对同一电容器,这个比值是个定值,对不同的电容器,这个比值是不同的,比值越大,反映了电容器储存电荷的本领越大,我们把这个比值叫作电容器的电容。由此,在可靠地实验的基础上得到的电容的概念,是学生最易接受和理解的。最关键的是,在整个教学的过程中,都以学生为主体、教师为主导、实验为主线,用DIS数字化实验系统使不可见的抽象过程真实地让学生感知到,通过这个探究过程,让学生真实地体会到物理学科的魅力,进而提高了学生的分析能力和动手能力,提高了物理教学效益。

在交流电的有效值概念教学中,针对定义:“如果某直流电流I通过一个电阻产生的热量与交流电在相同时间内通过同一电阻所产生的热量相同,我们就说这个交流电的有效值为I”。利用DIS实验可以将有效值的真正意义形象地展示给学生(如图7甲乙所示)。

调节2个灯泡达到相同亮度,用眼睛观察灯泡亮度,其亮度大致相同时可粗略确定2个灯泡的功率为相同,DIS数字化实验系统记录下电压随时间变化的图线(如图8所示)。实验图线清楚地记载着2个灯泡具有相同热功率时的电流—时间图线,曲线表示最大值约为4.8 V电路中的交流电,直线表示直流电源电压约为3.5 V电路中的恒定电流。通过该实验的演示,虽然无法定量得到交流电的最大值与有效值的确切关系,但非常形象地说明了交流电有效值的含义,对“正弦交流电的电流最大值是有效值的倍”的理解也比直接给出2结论让学生记住更深刻,也更能体现新课程的理念。

二、借助 DIS 将短暂瞬时过程形象化

在LC振荡电路中,电流和电压究竟是怎样随时间变化的呢?在原J2434- Ⅰ型电磁振荡演示仪的电容器两端接入电压传感器 (VS400型,±15 V/±3 V) 得到电容两极的电压 , 将采集到的数据通过高频数据采集器 (Lab Pro 400型 ) 输入到计算机,得到振荡电路中电压随时间变化的曲线,形象展示了有阻尼的电磁振荡过程,将短暂抽象过程形象化(如图9所示)。

实验得出的图像(如图10所示)。

在自感现象的教学中,也可采用同样的方式,在小灯泡的两端并上电压传感器(VS400型,±15 V/±3 V)得到小灯泡两端的实时电压,或者串联电流传感器(CS400型,±0.6 A/±3 A)得到实时电流,利用多媒体系统绘制曲线,形象直观地展示这一过程,特别是对断电时灯泡中电流方向的变化以及灯泡的闪亮情况,不仅有实验现象,更有图示,加深了学生对这一问题的理解,有利于突破自感现象难点,提高物理课堂的教学效果。

三、借助 DIS 促进学生自主探究 升华课堂所学

在高中物理电学这一部分,学生所学的许多内容,在实际生活中能直接用到的,很是有限,借助DIS系统,可以拓展学生课堂所学,如利用DIS数字化实验系统中的磁感应强度传感器可以去研究手机在待机状态下和通话状态下的辐射状况,电视机和电脑等电子设备的辐射情况,研究电磁炉的磁感强度,尝试测量地磁场的磁感强度等,让磁场这一部分内容的学习不仅是在理论上和各种习题的运算上,还可以很好地与实际运用相结合,提升学生的学习兴趣。让学生在应用所学知识的过程中,培养学科素养,“应促进学生自主学习,让学生积极参与,乐于探究,勇于实验,勤于思考。通过多样化的教学方式,帮助学生学习物理知识与技能,培养其科学探究能力,使其逐步形成科学态度与科学精神。”激发起学生学习物理的强烈兴趣,在此过程中形成的对知识不断探索,对设备快速掌握与应用的能力,将让学生终身受益。

四、对 DIS 数字化实验系统应用的思考

借助传感器,使新教材的物理内容发生了许多改变,原来不能做的实验现在可以做了,原来做不好的实验现在效果好了,将许多原本抽象无法展示的内容形象地展示在学生面前,很好地体现物理是一门以“实验为基础的学科”的特点。

DIS数字化实验系统涉及较为复杂的电脑软件的使用,放手让学生去做,会不会影响实验的效率呢?会不会用较长的时间学生才会掌握这一软件的使用?实践表明,学生掌握这一软件的速度远超过我们的设想,从小在各种电子设备中长大的这一代人,稍加点拔就能很好地应用这套设备。分组开展DIS数字化实验系统就学生而言不存在问题,要培养学生,也要相信学生。

在教学中长时间应用DIS数字化实验系统,让我深切地体会到,将传感器与计算机相连,充分利用计算机强大的数据处理功能,特别是实时显示数据、数据记录、曲线拟合、求导、积分等,使师生不再为烦琐的数据处理所累,有更多的时间去观察实验现象,发现问题,解决问题。这套系统在信息收集与显示、数据的处理与分析、图像的显示与转化方面具有非常大的优势,这也是这套设备得到广泛使用和迅速推广的原因,让物理教学课堂因此而更加精彩。

但却不能因此而忽视物理实验中的物理实质,如在设备中提供了自感现象实验电路,直接通上电、连接好传感器就可以完成,现成的东西用起来当然方便,但这总让人感觉少了点什么,电路为什么要这样设计?器材选择有什么要求?怎样才能观察到“闪亮”的效果?倒不如提供一些器材自行组装完成这个实验,DIS数字化实验系统只是用来实验的一个平台,记录和处理数据的一种高效的设备。学生能熟练使用,但也不能因此而滥用这套设备,只有在一些特定的实验中才能使用,以体现这套设备的特殊价值,在如测匀变速运动的加速度的实验,使用打点计时器、刻度尺等能很好地完成实验,可以让学生实际测量,在亲自动手去计算的过程中,获得处理数据的能力,而不能用计算机的数据处理能力来代替学生的处理数据的能力。直接用传感器获得数据,在一定程度上掩盖了物理过程,弱化了学生对物理本质的理解与掌握。不能把实验演变成观看计算机获得大量数据。教育装备只有善加利用才会发挥出最大的效能,充分为物理课堂所用,提高物理课堂教学效益。

五、结束语

DIS系统 篇9

下面为两个利用DIS数字化系统的实验创新教学实例。

案例1探究离子反应的实质———用硫酸滴定氢氧化钡。

在传统的教学中, 老师只是向学生阐述将硫酸逐滴滴加到氢氧化钡中, 溶液中离子浓度会减小, 导电能力会减弱。这样会显得苍白无力, 必然导致课堂教学效果不佳。

应用DIS数字化系统的实验创新设计:

数字化实验引入课堂教学中, 把很多学生只能靠定性观察的实验现象数字化、定量化;增强了学生对知识的理解性、降低了记忆难度, 让学生自愿、快乐地获得知识和学习技能, 体验和了解科学探究的过程, 从而培养学生独立思考问题能力和实验操作能力。将数字化实验融入探究发现式教学的尝试:在教学中, 要求学生自己组装滴定装置并通过实验探究离子反应的实质。该探究活动通过数字化实验为学生提供了理解和拓展理论知识的空间和机会。下面是学生通过数字化实验进行离子反应实质探究活动的实验报告。

实验目的:通过使用p H传感器测量离子反应过程中溶液p H的变化, 同时使用电导率传感器测量反应过程中电导率的变化, 分析离子反应的本质。

实验原理:在溶液中氢氧化钡完全电离:Ba (OH) 2=Ba2++2OH-, 当往氢氧化钡溶液中滴加硫酸溶液的过程中, 由于发生Ba2++2OH-+SO42-+2H+=Ba SO4↓+2H2O反应, 使得溶液中OH-减小, p H减小;同时, 在反应进行过程中, 溶液中离子浓度减小, 所以导电性减小。

实验器材及试剂:数据采集器、p H传感器、电导率传感器、计算机、0.05 mol/L Ba (OH) 2溶液、0.05mol/L溶液、100ml烧杯、磁力搅拌器和磁子、酸式滴定管、碱式滴定管、滴定台。

实验过程和数据分析:

1.安装滴定台, 连接计算机、数据采集器、p H传感器和电导率传感器。

2.打开计算机, 进入实验软件系统。

3.用碱式滴定管移取20ml浓度为0.05 mol/L Ba (OH) 2溶液至一只100ml烧杯中, 放入搅拌瓷子并将烧杯置于磁力搅拌器上。将p H传感器和电导率传感器放入盛有Ba (OH) 2溶液的烧杯中, 使电极玻璃球完全浸入液面以下, 且不能与磁力搅拌子碰撞。

4.打开计算机, 进入实验软件系统。

5.滴定刚开始时, 滴加可稍快一点 (2~3滴/S) , 并注意p H值的变化。当p H值降到11时, 滴定速度降至1滴/S。当p H值降到10时, 每滴一滴, 充分搅拌, 并注意p H值和电导率的变化。

我们通常用离子方程式表示离子反应的实质, 在本实验中, 我们通过测定溶液p H值以及电导率定性说明离子反应的实质。实验开始时首先正确联接实验装置, 并把p H传感器和电导率传感器放入Ba (OH) 2溶液中 (如图1) , 当酸从滴定管中缓慢下滴时, 我们会在计算机屏幕上发现p H和电导率的变化 (图2) 。当酸碱物质的量相等时, 我们把这一点称为酸碱中和反应等当点。在等当点附近, 会出现p H突跃。我们还会发现, 当酸碱的物质的量相等的时候, 导电率达到了最低。

实验结论:在溶液中氢氧化钡完全电离:当往氢氧化钡溶液中滴加硫酸溶液的过程中, 由于发生Ba2++2OH-+SO42-+2H+=Ba SO4↓+2H2O反应, 使得溶液中OH-减小, p H减小;同时, 在反应进行过程中, 溶液中离子浓度减小, 所以电导率减小。

在老师的指导下, 学生自己动手应用DIS数字化实验探究氢氧化钡与硫酸反应的实质, 在实验的过程中, 系统能够自动绘制滴定曲线, 我们对本实验进行改进, 在氢氧化钡和硫酸的滴定装置中同时插入p H传感器和电导率传感器, 所以在实验中同时测出滴定过程中溶液p H和电导率的变化。让学生清楚地观察到滴定前后溶液p H值的突变, 同时, 学生顺理成章地理解离子反应的本质, 即离子反应向着改变离子浓度的方向移动 (本实验向着离子浓度减小的方向移动) 。由于DIS实验操作简单, 数据直观, 图像准确、细致, 所以教学效果好, 学生学习效率高。数字化实验引入高中化学课堂教学, 使探究式学习代替了传统课程教学中教师传授学生接受的教学方法, 改变机械的接受性学习为有意义的接受学习, 能充分调动学生学习的积极性, 培养学生勤于动手, 善于思考, 快乐合作的学习精神, 符合新课改的要求。

案例2同体积同p H盐酸和醋酸等体积稀释p H的变化。

强电解质在水中完全电离, 如:HCl, 电离方程式:HCl=H++Cl-;弱电解质在水中部分发生电离, 如CH3COOH, 电离方程式:CH3COOH葑CH3COO-+H+。这一知识点是高中化学学习的重点, 也是难点, 传统的教学仅以文字说明实验结果, 这样必然会显得苍白, 没有说服力。学生也只能对理论进行识记, 无法从本质上理解该知识点。数字化设备的引入, 借助计算机探究稀释过程中溶液p H度变化, 可以清楚地监测离子在实验过程中的变化, 从而得出强电解质和弱电解质的电离实质。图3为等体积等p H盐酸和醋酸等体积稀释的p H变化计算机界面, 当盐酸溶液和醋酸溶液等体积稀释时, 我们从计算机屏幕上发现盐酸的p H变化比醋酸的大, 学生能顺理成章地理解在水溶液中, HCl完全电离, 而醋酸部分电离, 在稀释的过程中, 醋酸继续电离, 所以盐酸中H+浓度减小得比醋酸的快, p H变化比醋酸的大。

数字化实验的课堂教学是以学生为主体, 教师为主导, 它突出表现为师生互动。引导学生更多地观察化学反应的过程和现象, 探究化学规律, 把学习、生活和生产实际密切联系起来, 有利于提高学生发现问题, 提出问题, 探究问题和解决问题的能力。总之, 数字化试验, 能同时准确而直观地把数据和图像展现给学生, 给化学教学活动带来新的途径, 为探究活动提供了最好的方案, 拓宽了探究问题的思路, 缩短了探究问题的时间, 开阔了学生学习视野, 培养了学生的学习兴趣, 增强了学生的动手能力, 对学生科学素质的养成起着积极作用, 能够把课堂教学改革落到实处。

摘要：化学实验在化学教学中发挥了重要的作用, 但传统的化学实验手段存在诸多缺陷, 无法很好体现课程改革的理念, 本文依托实例, 分析了在高中化学教学中应用数字化实验的优点。

关键词：化学,数字化实验,传感器

参考文献

[1]傅忠.高中化学数字实验教学研究[D].济南:山东师范大学硕士学位论文, 2011.

[2]张玉娟.数字化实验与化学教学的整合[D].南京:南京师范大学硕士学位论文, 2010.

[3]杨飞.数字化实验的表征与研究[D].南京:南京师范大学硕士学位论文, 2011.

DIS系统 篇10

●●简化实验数据处理

DISLab具备了“实时实验”功能, 数据变化过程与实验过程同步, 可以实现数据的实时采集和实时处理, 并且能同时采集多个相同的或不同种类的物理量, 因此, 数据采集、处理和图象描绘可由计算机一步完成, 这样实验者可以从数据读取、记录、公式运算和图象描绘等烦琐的简单劳动中解脱出来。DISLab成功地克服了传统实验的诸多弊端, 支持了教育技术与物理教学的全面整合, 既节约了时间又让学生感到直观、易懂, 比如在实验“探究导体电阻与它的横截面积的关系”的实验中, 学生首先要花去大量的时间去读取实验测得的数据, 然后对实验的数据进行处理:学生在处理数据的时候, 建立R-S坐标, 标出刻度, 然后根据实验所得数据进行描点、连线, 最后绘制R-S关系图象, 发现R与S大致成反比, 然后重新再建立R-1/S坐标, 根据实验数据描点, 连线, 绘制R-1/S关系图象, 最后得到一条直线, 从而得出R与S成反比, 整个过程需要耗费大量的时间, 而用DISLab通用软件处理, 就可以一步到位, 接好线路, 数据可以在电脑里直接得出, 甚至可以直接就画出曲线, 然后只要稍作调整, 即把横坐标含义改为1/s, 又可以得到一条直线, 非常简洁, 直观, 而且快速, 提高了课堂效率。

●●再现物理过程瞬间变化

DISLab的数据采集器的内置采集频率可以从0.1HZ到1000HZ之间任意调节, 如果需要了解某些物理量的瞬间变化, 可以调高采集频率, 从而帮助我们观察短时间内的变化规律, 比如DISLab能直接测量瞬时速度, 磁感应强度, 微电流等, 还可以测量弹力的瞬间变化, 使这些在传统实验条件下难以捕捉的物理量轻松容易地得以测量, 如下图中, 劲度系数分别为k1和k2的两根弹簧, k1>k2;A和B表示质量分别为ma和mb的两个小物块, ma>mb。将两根弹簧与物块按图方式悬挂起来。在剪断K2的一瞬间, A、B两物体的加速度分别为多少?这个问题中, 教师可以按照常规思路进行分析, A受到弹簧K1的弹力和重力, 得出A的加速度为mbg/ma, B只受重力, 所以B的加速度为g, 但这样的分析还不够形象具体, 可能还有部分学生不能理解为什么弹力在瞬间是不变的, 若能将这一瞬间力的变化在计算机里直接显示的话, 一定更有说服力;这个问题用DISLab处理就很方便了, 打开DISLab通用软件, 把弹簧K1用力传感器代替, 接好线路, 力在一瞬间的变化在电脑里就可以直接显示出来, 结果十分清晰。此外, 在讲到最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系时, 教师总是用一些抽象的语言来进行描述, 无论教师的讲解多么精彩, 都很难让学生对二者的关系有深刻的理性认识, 传统的实验又对此无能为力, 然而应用DISLab进行实验, 其效果就大不一样, 下图就是应用实验测得的时间与摩擦力的关系图象。实验装置:用传感器拉动放在水平桌面上的一个一定质量的小木块, 使小木块从静止发生运动, 输出的图象就是小木块所受力与时间的关系曲线, 通过图象可以清晰的看出, 随着时间的变化, 小木块所受摩擦力大小的变化, 同时也可以分析出最大静摩擦力与滑动摩擦力的关系。

●●弥补传统实验空白

比如磁感应强度的测定, 传统的实验仪器是难以将微小的磁感应强度进行测量的, 而DISLab凭借传感技术弥补了传统实验中的测量的空白, 解决了多种物理量精确采集问题, 一些难以理解的科学概念和原理, 借助DISLab的直观演示将变的容易认知和理解, 比如DISLab能直接测量磁感应强度, 光等一些传统仪器难以测量的物理量。

DIS系统 篇11

1.1 DIS构成[1]

数字化信息系统(简称DIS,是Digital Information System的缩写)应用传感器和数据采集器自动获取和输入实验数据,是由“应用传感器+数据采集器+实验软件包(装有实验软件包)+计算机”构成的新型实验系统。DIS通过计算机的快速处理得到实验的结果,提高了教学效率,使学生可以有更多的时间用于自主探究活动,改变传统的教学模式。

如图1所示,DIS的构成主要包括:数据采集器是本系统的核心部件,它内置了高性能的中央处理器,并配有高速模数转换器,能准确及时地把实验现场采样到的数据进行分析处理,采样数据经组包后,通过通信口发送到计算机进行显示分析。

数据采集器具有以下特点。

(1)具有四路火线数据采集口,各类传感器可任意插接到某一数据采集口;

(2)内置高速模数转换器和高性能的微处理器;

(3)采集器能自动识别传感器;

(4)高速通信口;

(5)体积小重量轻;

(6)安全稳定。

1.2 DIS的实现功能

DIS系统可将将数字文化与课程标准理念相结合,建立了崭新的理工科实验教学体系,为理工科教学提供了全新的实验教学平台和技术手段,使学生体验到数字化、信息技术带来的革命性变化,提高学习兴趣和探究欲望。其次DIS系统可以把信息技术与传感技术应用到实验教学环节,与传统实验仪器相比有更高的精确度、准确性、适时性和探究性。此外,DIS系统应用传感器、计算机、仿真实验等技术,扩展了理工科实验教学的内涵和教育功能,如:在观察环节上,DIS可以极大地扩展实验的可视性和可重复性;在数据采集环节上,DIS可以更快更准地得到实验数据,通过对DIS实验数据的采集、列表、作图、拟合和转换等环节的处理过程,感受研究物理规律的科学方法和过程;在数据分析环节上,DIS利用计算机的强大数据处理能力,可以将学生从简单、机械、繁琐的数据处理过程中解脱出来,提高了教学效率,使学生可以有更多的时间和精力用于科学探究和创新活动,改变了传统的教学模式[2]。

2 应用DIS实验技术,探究单摆摆长与周期的定量关系

2.1 目的要求

用DIS实验技术探究摆长对单摆周期的影响及其定量关系,通过实验让学生理解两者的定量关系,并熟悉DIS实验仪器和软件操作技能,学会怎样用DIS软件处理实验数据。使学生在这个过程中体验用计算机辅助系统进行科学探究的过程,学会科学探究的基本思想和基本方法,从而培养学生对科学研究的浓厚兴趣和科学探究能力。

2.2 实验设备[1]

如图2所示为DIS试验系统实物图,主要的仪器设备有:DIS设备(数据采集器、光电门传感器、连接线)、铁架台、摆球、细绳和米尺。

2.3 实验原理[3]和方法

一根不可伸长的细线,上端悬挂一个小球。当细线质量比小球的质量小很多,而且小球的直径又比细线的长度小很多时此种装置称为单摆,如图2所示。如果把小球稍微拉开一定距离,小球在重力作用下可在铅直平面内做往复运动,一个完整的往复运动所用的时间称为一个周期。当摆动的角度小于5度时,设小球的质量为m,其质心到摆的支点O的距离为L(摆长)。作用在小球上的切向力的大小为mgsinθ,它总指向平衡点o'。当θ角很小,则sinθ≈θ切向力的大小为mgθ,按牛顿第二定律,质点的运动方程为

即

式中L为单摆长度。单摆长度是指上端悬挂点到球心之间的距离;g为重力加速度。细绳和摆球按照正确要求悬挂以后,用位移传感器可以测量摆长,用光电门传感器可以快速精确地测量单摆周期,采集多组数据,并将数据用DIS教材通用软件画在L-T图像上,可以由图像找到L-T关系。

由于不是线性关系,所得图像是一条曲线,用曲线拟合方法可证明这是一根的函数图线;将横坐标值改为T2,即改成L-T2关系图像,可以发现图线是经过原点的一直线,为正比例函数。

应当指出,如果测量得出周期T、单摆长度L,利用上面式子可计算出当地的重力加速度g。

224TLg=π(5)

上式的不确定度传递公式为

从式(5)可以看出,在u(l)、u(t)大体一定的情况下,增大和t对测量g有利。当摆动角度θ较大(θ>5°)时,单摆的振动周期T和摆动的角度θ之间存在下列关系[4]:

2.4 实验过程和步骤

为了使学生能够熟悉DIS软件操作技能,从中体验用计算机辅助系统进行科学探究的过程,学会科学探究的基本思想和基本方法,实验过程制定合理的实验步骤。

(1)打开并调试DIS软件,用导线连接好光电门传感器和数据采集器(如图2所示)。

(2)点击变量按钮,定义两个变量周期T和摆长L,以及周期平方T2。

(3)稳定铁架台,将单摆正确悬挂,用位移传感器测量其摆长L。点击记录,数据将自动填入表格中的L变量数值。

(4)使单摆作摆角θ小于5°的简谐振动,用光电门传感器测得其周期Τ,周期数据将自动填入表格中的T变量数值。

(5)改变摆长L,重新测周期和摆长,测10组数据以上这时表格中有10组以上数据点击左边绘图按钮,选择横坐标表示T变量,纵坐标表示L变量,画离散点(这时可以点击平铺按钮将表格数据窗口和绘图窗口平铺作比较)。

(6)图像中反应数据点排列不是一直线,使用拟合功能可以看到图线与L=kT2基本吻合。

(7)定义新的变量T2,在表格T2栏中可用软件提供的自定义公式自动计算,填入计算以后的周期平方数值。

(8)重新画图像,横坐标选择T2变量,纵坐标选择L变量,画离散点,这时数据点排列成一直线,很明显过原点,是正比例关系。

2.5 注意细节

实验为了达到好的实验效果,还应注意一些实验细节。实现实验中需将位移传感器的发射器与胶木塞固定在一起并与悬点齐平,用位移传感器测量摆长L时,应将小球悬挂以后从选点测到球心。为了便于学生改变摆长同时保证了悬点的固定,应用胶木塞代替塑料片来固定悬绳。在用光电门传感器测量单摆的周期T时,由于光电门传感器的内侧两边各有一个小孔,通过摆线或者摆球的挡光来记录数据,使用时要注意摆动过程中能够正确挡光。此外,为使测量更便捷,应将光电门传感器和位移传感器的接收器固定在一起。

3 结语

根据单摆具有等时性特征,利用该实验系统可以使学生深刻领会:当摆长L一定,摆球质量m一定时,小于50情况下,振幅发生变化,单摆的周期T不变;当摆长L一定,振幅一定的情况下,摆球质量m不同的单摆,周期T相同,因此,单摆的周期应该与摆球质量m无关;当摆角θ大于5°时,只要摆角θ在30°以内,不同摆角时单摆周期T的变化不超过0.1秒。我们认为在大多数对精度要求不是非常高的情况下,还是可以近似认为单摆的周期是不变的。摆角超过30°以后,单摆的周期变化就非常大了,可以从数据中看出摆角越大,周期越大。

参考文献

[1]江军.DIS实验系统介绍[EB/OL].www.czsz.cn.

[2]徐锐.DID数字实验系统在物理教学中的应用[EB/OL].www.cqvip.com.

[3]马文蔚.物理学[M].北京:高等教育出版社,2006,3(5):10～12.