实验篇.PDFVIP

? 校对、整理：小草帽? ? ? ? 1 实验篇 第16期 物理思与行 [人教网·初中物理·高中物理版权所有] 摘要：在弹性片上吸附小磁铁块后使之振动，分别使用磁传感器和微电流传感器获得弹性片振动的相关图像， 并从图像上得到弹性片的振动周期，进而分析得出弹性片的质量和长度与其振动周期的关系。 关键词：DISLab 弹性片 振动周期 《教学仪器与实验》2008 年第三期刊登了北京师范大学侯丹、李春密老师《用自制仪器探究影响弹性片振荡周 期的因素》一文，笔者读后深受启发。经研究发现，该文所介绍的实验方法尚有不当之处：其一，将钢尺插在纸盒 的缝隙中，还需要将纸盒通过某种方式固定牢固；其二，钢尺只是插在纸盒的缝隙中，在振荡时难以保证钢尺伸出 的长度不变，并且多次使用后纸盒缝隙处难免不被撕裂；其三，钢尺的振荡是频率较高的阻尼振荡，使用常用计时 仪器记录时间误差较大。 随着现代信息技术的发展，信息技术手段与传统物理实验的有效整合的迫切要求催生了一系列新的研究成果， DISLab 就是最具代表性的成果之一。笔者运用 DISLab 探究弹性片振动周期的影响因素，借助其强大的数据自动采 集和智能化处理功能，取得了很好的效果。 1 实验器材及其组装 实验器材：朗威 DISLab（数据线、电源线、数据采集器、磁传感器、微电流传感器）、电脑、小试管、铜漆包 线、钢尺、铁架台、强磁铁块四块、台虎钳。 器材组装：如图 1所示，用台虎钳将钢尺水平夹紧，钢尺作为弹性片，并在钢尺近端点处吸附强磁铁块。然后， 将磁传感器固定在铁架台上，并通过数据采集器与电脑连接，作为第一组探测仪器。另外，在小试管的近开口端绕 5 匝漆包线，磨去两端的漆皮，用胶带与小试管粘牢，两端与微电流传感器连接，作为第二组探测仪器。 2 实验探究过程 1）实验过程 ⑴探究质量对弹性片振动周期的影响 控制其他因素不变，尤其是保持弹性片长度不变，通过增加钢尺上磁铁块的数目来改变弹性片的质量。 台 虎 钳? 磁 铁 片? 磁传感器? 图 1? ? 仪器组装图? ? 校对、整理：小草帽? ? ? ? 2 实验篇 第16期 物理思与行 [人教网·初中物理·高中物理版权所有] 方法一：先将一块磁铁块吸附在钢尺近端点处，当钢尺静止时，使传感器的探测端正对钢尺上的磁铁块。开启 数据采集器和通用软件，采用“示波”显示。将钢尺摆向一边，点击“开始”按钮，然后放手，使钢尺振动，得到 磁传感器探测端处磁感应强度随时间变化的曲线（如图 2所示）。记录多个振动周期，取平均值。 逐渐增加磁铁块的数目，每增加一块，重复一次上述操作。最后，利用所得数据做出磁铁块数目（代表质量） 和振动周期的关系图。 方法二：将“方法一”中的磁传感器换成绕有漆包线的小试管，使试管口正对静止时的磁铁块。漆包线的两端 与微电流传感器相连，采用“示波”显示。重复“方法一”中操作，得到线圈中感应电流随时间变化的曲线（如图 3 所示）。逐渐增加磁铁块数目，记录实验数据，并将实验数据与“方法一”中数据进行比较。 图 2? ? 磁感应强度变化图像? ? 校对、整理：小草帽? ? ? ? 3 实验篇 第16期 物理思与行 [人教网·初中物理·高中物理版权所有] ⑵探究弹性片的长度对其振动周期的影响 钢尺的质量保持不变，改变伸出长度。重复上述⑴中步骤，记录实验结果。 2）实验数据测量原理及处理结果 弹性片的振动是阻尼振动，振动时间短，频率高，常规的计时方法难以准确测得其振动周期。上述方法借助DISLab 特有的动态波形数据采集功能，通过相应的磁感应强度及感应电流的周期性变化图像测得弹性片的振动周期，通过 易测量获得难测量，轻松突破了操作难点。并且通过图像的实时显示来展现整个物理过程，引导学生从“陌生”的 图像中找规律，有效的训练他们的探究能力。 数据处理： ⑴保持弹性片长度不变，改变其质量（见表 1，图 4） 图 3? ? 感应电流变化图像? ? 校对、整理：小草帽? ? ? ? 4 实验篇 第16期 物理思与行 [人教网·初中物理·高中物理版权所有] 表 1 只改变磁铁块数目的实验数据 弹性片长度 23cm 磁铁块数目 1 2 3 4 磁感应强度变化 周期（s） 0．145 0．165 0．185 0．210 感应电流变化周 期（s） 0．150 0．170 0．180． 0．210 实验结果：弹性片的振动周期与其质量有关。当摆长一定时，弹性片的质量越大，振动