錢呈祥　韓敘虹

1DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)簡介

《普通高中·物理課程標(biāo)準(zhǔn)》明確指出：“重視將信息技術(shù)應(yīng)用到物理實(shí)驗(yàn)室，加快物理實(shí)驗(yàn)軟件的開發(fā)和利用，諸如通過計(jì)算機(jī)實(shí)時(shí)測量、處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、分析實(shí)驗(yàn)結(jié)果等?！盌IS是由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)、實(shí)驗(yàn)教學(xué)軟件構(gòu)成的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，以“傳感器+計(jì)算機(jī)”為構(gòu)成要素，實(shí)現(xiàn)對傳統(tǒng)教學(xué)儀表一定意義上的替代和超越。與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)相比，DIS實(shí)現(xiàn)了三大變化：變定性為定量，變不可見為可見，變無法做為能做。DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)系統(tǒng)的傳感器技術(shù)可以使高中物理實(shí)驗(yàn)過程的時(shí)間和空間可視化，使高中學(xué)生在物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)實(shí)踐過程中建立起客觀的物理概念，深入地理解物理規(guī)律，有助于學(xué)生熟練掌握物理實(shí)驗(yàn)知識。DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)本質(zhì)上是一種信息技術(shù)，是對所有信息數(shù)據(jù)進(jìn)行綜合處理的技術(shù)總和。DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)也是一種教育技術(shù)，為高中學(xué)生提供動(dòng)手操作以及師生之間實(shí)驗(yàn)交流的機(jī)會(huì)，能讓學(xué)生方便快捷地收集、整理并分析相應(yīng)的物理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并且在輕松愉快的氛圍中學(xué)習(xí)抽象的高中物理知識，便于提高學(xué)生的物理學(xué)習(xí)質(zhì)量。以DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)為代表的數(shù)字化信息技術(shù)被引入到高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)中后，以其方便的操作流程、強(qiáng)大的數(shù)據(jù)處理能力以及靈活多樣的設(shè)計(jì)，為新形勢下的高中物理教學(xué)注入了全新的生機(jī)和活力，在推動(dòng)高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的數(shù)字化進(jìn)程，充分發(fā)揮信息技術(shù)優(yōu)勢的同時(shí)，保持了實(shí)驗(yàn)的真實(shí)性，進(jìn)而憑借“促進(jìn)學(xué)生認(rèn)知、提高課堂效率”的顯著作用而獲得了教育專業(yè)人士的高度認(rèn)可。

基于DIS的物理探究實(shí)驗(yàn)的核心是改變學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，強(qiáng)調(diào)主動(dòng)探究，其過程既是學(xué)習(xí)的過程又是學(xué)習(xí)的目的。它不同于傳統(tǒng)的實(shí)驗(yàn)教學(xué)，它是以學(xué)生為主體的新型學(xué)習(xí)方式，這無疑會(huì)給傳統(tǒng)僵化的教學(xué)模式帶來巨大沖擊?；贒IS的探究實(shí)驗(yàn)是學(xué)習(xí)者主動(dòng)探究的學(xué)習(xí)方式，適用于所有理科實(shí)驗(yàn)，它在實(shí)驗(yàn)過程中創(chuàng)設(shè)類似科學(xué)研究的情境和途徑，讓學(xué)生通過使用不同類型的傳感器收集、分析和處理數(shù)字化信息來體驗(yàn)知識的產(chǎn)生和創(chuàng)造過程，進(jìn)而學(xué)會(huì)學(xué)習(xí)，有助于培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力?；贒IS的物理探究實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計(jì)，著重訓(xùn)練學(xué)生綜合運(yùn)用知識、解決實(shí)際問題的能力；內(nèi)容兼顧實(shí)用性、探索性和實(shí)驗(yàn)方法多元性。操作DIS設(shè)備完成實(shí)驗(yàn)，有助于培養(yǎng)學(xué)生處理數(shù)字、模型、邏輯推理和不確定性的問題，養(yǎng)成使用各種工具、儀器來解決實(shí)際問題的意識，有助于提高學(xué)生的科學(xué)探究能力和培養(yǎng)科學(xué)探究素養(yǎng)，從而養(yǎng)成批判性思維和獨(dú)立思考的習(xí)慣。

2高考試題考查DIS系統(tǒng)及傳感器作用

2016年高考物理試題有相當(dāng)多的題量考查物理DIS系統(tǒng)及傳感器的應(yīng)用，一定程度上顯示了高考物理實(shí)驗(yàn)命題的新趨勢。

例1（2016年高考上海卷第26題）：“用DIS研究機(jī)械能守恒定律”的實(shí)驗(yàn)中，用到的傳感器是傳感器。若擺錘直徑的測量值大于其真實(shí)值會(huì)造成擺錘動(dòng)能的測量值偏。（選填：“大”或“小”）。

解析：在實(shí)驗(yàn)中，擺錘的速度通過光電門進(jìn)行測量，測量的速度是通過小球直徑d與擋光時(shí)間的比值進(jìn)行計(jì)算，為：v=dΔt，當(dāng)擺錘直徑測量值大于真實(shí)值時(shí)，小球直徑d會(huì)變大，導(dǎo)致計(jì)算出的小球速度變大，故小球動(dòng)能也會(huì)變大。

光電門的工作原理是：光束被切斷時(shí)計(jì)時(shí)器開始計(jì)時(shí)，光束重新被接收時(shí)計(jì)時(shí)器停止計(jì)時(shí)。如果光電門發(fā)出的光束比較細(xì)，那么小球在遮光時(shí)間內(nèi)走過的距離近似等于小球的直徑。很多中學(xué)使用的光電門所發(fā)出的光束很寬，有些甚至等于發(fā)光小孔的直徑，那么在計(jì)算小球遮光時(shí)間內(nèi)走過的距離時(shí)就不應(yīng)該只取小球的直徑，而應(yīng)該取小球直徑與光束有效寬度的差值。我們知道在實(shí)際紙帶的計(jì)算中測量數(shù)據(jù)都是隨機(jī)的，這樣會(huì)導(dǎo)致學(xué)生的計(jì)算量較大，如果用計(jì)算機(jī)和傳感器這個(gè)工具，會(huì)使學(xué)生的數(shù)據(jù)運(yùn)算量大大減小，也使數(shù)據(jù)比較變得容易，從而讓學(xué)生有更多的時(shí)間來對實(shí)驗(yàn)進(jìn)行思考和改進(jìn)。這是物理與信息技術(shù)的結(jié)合，學(xué)生特別喜歡操作，應(yīng)用計(jì)算機(jī)和傳感器處理數(shù)據(jù)是新課標(biāo)教材中體現(xiàn)的一個(gè)傾向。

實(shí)驗(yàn)原理難以理解的常規(guī)實(shí)驗(yàn)中，有些物理量需根據(jù)實(shí)驗(yàn)測量的結(jié)果，利用比較抽象的物理原理進(jìn)行計(jì)算，給學(xué)生實(shí)驗(yàn)造成額外的困難。引進(jìn)DIS系統(tǒng)可以改變測量方式，改進(jìn)實(shí)驗(yàn)的原理，方便學(xué)生的理解。例如，對于勻變速直線運(yùn)動(dòng)加速度的測量，常規(guī)實(shí)驗(yàn)采用打點(diǎn)計(jì)時(shí)器在與運(yùn)動(dòng)物體相連的紙帶上打點(diǎn)，根據(jù)位移與時(shí)間關(guān)系的公式計(jì)算加速度。學(xué)生對于利用這個(gè)原理間接計(jì)算比較困惑，特別是根據(jù)相等時(shí)間間隔取點(diǎn)的做法，需要學(xué)生先具備勻變速直線運(yùn)動(dòng)規(guī)律的知識才能理解，不利于學(xué)生對加速度概念的新課學(xué)習(xí)。采用DIS技術(shù)改進(jìn)該實(shí)驗(yàn)的原理，直接在物體運(yùn)動(dòng)線路上若干個(gè)位置安裝光電門，測量運(yùn)動(dòng)速度與時(shí)間的關(guān)系，通過計(jì)算機(jī)輸出速度—時(shí)間圖像。這樣比較直觀，學(xué)生更容易理解加速度是速度對于時(shí)間的變化率。

例2（2016年高考上海卷第28題）：“用DIS描繪電場的等勢線”的實(shí)驗(yàn)裝置示意圖，如圖1所示。

（1）該實(shí)驗(yàn)描繪的是（）。

A.兩個(gè)等量同種電荷周圍的等勢線

B.兩個(gè)等量異種電荷周圍的等勢線

C.兩個(gè)不等量同種電荷周圍的等勢線

D.兩個(gè)不等量異種電荷周圍的等勢線

解析：該實(shí)驗(yàn)中，用A、B兩個(gè)接線柱分別接在電源的正負(fù)極上，一個(gè)帶正電另外一個(gè)帶負(fù)電，模擬等量異種電荷產(chǎn)生的電場，所以選項(xiàng)B正確。

（2）實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，需在平整的木板上依次鋪放（）。

A.導(dǎo)電紙、復(fù)寫紙、白紙

B.白紙、導(dǎo)電紙、復(fù)寫紙

C.導(dǎo)電紙、白紙、復(fù)寫紙

D.白紙、復(fù)寫紙、導(dǎo)電紙

解析：在實(shí)驗(yàn)中，最上邊一層是導(dǎo)電紙，這樣才可以使A、B接線柱電流通過導(dǎo)電紙；接下來依次是復(fù)寫紙和白紙，實(shí)驗(yàn)過程中在導(dǎo)電紙上找到電勢相同的點(diǎn)，需要用探針在導(dǎo)電紙上作標(biāo)記，標(biāo)記通過復(fù)寫紙就印到最下層的白紙上。

（3）若電壓傳感器的紅、黑探針分別接觸圖中d、f兩點(diǎn)（f、d連線與A、B連線垂直）時(shí)，示數(shù)小于零。為使示數(shù)為零，應(yīng)保持紅色探針與d點(diǎn)接觸，而將黑色探針（選填：“向左”或“向右”）移動(dòng)。

解析：據(jù)題意，只有當(dāng)指針示數(shù)為零時(shí)才說明兩點(diǎn)的電勢相等，現(xiàn)在保持紅色探針與d點(diǎn)接觸，為了保證電壓表示數(shù)為零，需要使黑色探針與紅色探針電勢相等，則要把黑色探針向右移動(dòng)。掌握如何模擬等量異種電荷，會(huì)正確操作該實(shí)驗(yàn)，知道導(dǎo)電紙、復(fù)寫紙和白紙的放置順序，理解如何判斷兩個(gè)位置電勢相等的方法，是解決本題的關(guān)鍵。

例3（2016年高考江蘇卷第11題）：某同學(xué)用如圖2所示的裝置驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律。一根細(xì)線系住鋼球，懸掛在鐵架臺(tái)上，鋼球靜止于A點(diǎn)，光電門固定在A的正下方。在鋼球底部豎直地粘住一片寬度為d的遮光條。將鋼球拉至不同位置由靜止釋放，遮光條經(jīng)過光電門的擋光時(shí)間t可由計(jì)時(shí)器測出，取作為鋼球經(jīng)過A點(diǎn)時(shí)的速度.記錄鋼球每次下落的高度h和計(jì)時(shí)器示數(shù)t，計(jì)算并比較鋼球在釋放點(diǎn)和A點(diǎn)之間的勢能變化大小ΔEp與動(dòng)能變化大小ΔEk，就能驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒。

（1）用ΔEp=mgh計(jì)算鋼球重力勢能變化的大小，式中鋼球下落高度h應(yīng)測量釋放時(shí)的鋼球球心到之間的豎直距離。

A.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的頂端

B.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的球心

C.鋼球在A點(diǎn)時(shí)的底端

（2）用ΔEk=12mv2計(jì)算鋼球動(dòng)能變化的大小，用刻度尺測量遮光條寬度，示數(shù)如圖3所示，其讀數(shù)為cm。某次測量中，計(jì)時(shí)器的示數(shù)為0010 s，則鋼球的速度為v=m/s。

（3）該同學(xué)的實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表1。

他發(fā)現(xiàn)表中的ΔEp與ΔEk之間存在差異，認(rèn)為這是由于空氣阻力造成的。你是否同意他的觀點(diǎn)？請說明理由。

（4）請你提出一條減小上述差異的改進(jìn)建議。

解析：（1）小球下落的高度為初末位置球心間的距離，所以選B。

（2）讀數(shù)時(shí)要注意最小分度是1 mm，要估讀到最小分度的下一位，由圖知讀數(shù)為1.50 cm，小球的速度為v=dt，代入解得v=1.50 m/s。

（3）若是空氣阻力造成的，則ΔEk小于ΔEp，根據(jù)表格數(shù)據(jù)ΔEk大于ΔEp，可知不是空氣阻力造成的，所以不同意他的觀點(diǎn)。

（4）據(jù)圖可看出，光電門計(jì)時(shí)器測量的是遮光條經(jīng)過光電門的擋光時(shí)間，而此時(shí)遮光條經(jīng)過光電門時(shí)的速度比小球的速度大，因?yàn)樗鼈冏龅氖且詰尹c(diǎn)為圓心的圓周運(yùn)動(dòng)，半徑不等，所以速度不能等同，而這位同學(xué)誤以為相同，從而給實(shí)驗(yàn)帶來了系統(tǒng)誤差。改進(jìn)方法：根據(jù)它們運(yùn)動(dòng)的角速度相等，分別測出光電門和球心到懸點(diǎn)的長度L和l，計(jì)算ΔEk時(shí)，將v折算成鋼球的速度v′=lLv。

例4（2016年高考四川卷第8題）：用如圖4所示的裝置測量彈簧的彈性勢能。將彈簧放置在水平氣墊導(dǎo)軌上，左端固定，右端在O點(diǎn)；在O點(diǎn)右側(cè)的B、C位置各安裝一個(gè)光電門，計(jì)時(shí)器（圖中未畫出）與兩個(gè)光電門相連。先用米尺測得B、C兩點(diǎn)間距離x，再用帶有遮光片的滑塊壓縮彈簧到某位置A，靜止釋放，計(jì)時(shí)器顯示遮光片從B到C所用的時(shí)間t，用米尺測量A、O之間的距離x。

（1）計(jì)算滑塊離開彈簧時(shí)速度大小的表達(dá)式是。

（2）為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量。

A.彈簧原長

B.當(dāng)?shù)刂亓铀俣?/p>

C.滑塊（含遮光片）的質(zhì)量

（3）增大A、O之間的距離x，計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間t將。

A.增大B.減小C.不變

解析：（1）計(jì)算滑塊離開彈簧時(shí)速度大小的表達(dá)式是v=s/t。

（2）彈簧的彈性勢能全部轉(zhuǎn)化成了滑塊得到的動(dòng)能，為求出彈簧的彈性勢能，還需要測量滑塊（含遮光片）的質(zhì)量，故選C。

（3）增大A、O之間的距離x，彈簧的壓縮量變大，滑塊得到的速度變大，則滑塊經(jīng)過計(jì)時(shí)器顯示時(shí)間t將減小，故選B。

此實(shí)驗(yàn)比較簡單，實(shí)驗(yàn)的原理及步驟都很清楚；實(shí)驗(yàn)中引入的計(jì)時(shí)器裝置可與刻度尺結(jié)合測量速度；首先要知道測量的物理量的表達(dá)式，然后才能知道要測量的物理量。

例5（2016高考新課標(biāo)1卷第23題）：現(xiàn)要組裝一個(gè)由熱敏電阻控制的報(bào)警系統(tǒng)，要求當(dāng)熱敏電阻的溫度達(dá)到或超過60 ℃時(shí)，系統(tǒng)報(bào)警。提供的器材有：熱敏電阻，報(bào)警器（內(nèi)阻很小，流過的電流超過Ic時(shí)就會(huì)報(bào)警），電阻箱（最大阻值為9999 Ω），直流電源（輸出電壓為U，內(nèi)阻不計(jì)），滑動(dòng)變阻器R1 （最大阻值為1 000 Ω），滑動(dòng)變阻器 R2（最大阻值為2 000 Ω），單刀雙擲開關(guān)1個(gè)，導(dǎo)線若干，如圖5所示。

在室溫下對系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)節(jié)。已知U約為18 V，Ic約為10 mA；流過報(bào)警器的電流超過20 mA時(shí)，報(bào)警器可能損壞；該熱敏電阻的阻值隨溫度升高而減小，在60 ℃時(shí)阻值為650.0 Ω。

（1）在答題卡上完成待調(diào)節(jié)的報(bào)警系統(tǒng)原理電路圖的連線。

（2）電路中應(yīng)選用滑動(dòng)變阻器（填“R1”或“R2”）。

（3）按照下列步驟調(diào)節(jié)此報(bào)警系統(tǒng)：

①電路接通前，需將電阻箱調(diào)到一固定的阻值，根據(jù)實(shí)驗(yàn)要求，這一阻值為Ω；滑動(dòng)變阻器的滑片應(yīng)置于（填“a”或“b”）端附近，不能置于另一端的原因是。

②將開關(guān)向（填“c”或“d”）端閉合，緩慢移動(dòng)滑動(dòng)變阻器的滑片，直至。

（4）保持滑動(dòng)變阻器滑片的位置不變，將開關(guān)向另一端閉合，報(bào)警系統(tǒng)即可正常使用。

解析：（1）熱敏電阻工作溫度達(dá)到60 ℃時(shí)，報(bào)警器報(bào)警。故需通過調(diào)節(jié)電阻箱使其電阻為60 ℃時(shí)的熱敏電阻的阻值，即調(diào)節(jié)到阻值650.0 Ω，光使報(bào)警器能正常報(bào)警，電路圖如圖6所示。

（2）U=18 V，當(dāng)通過報(bào)警器的電流10 mA≤Ic≤20 mA，故電路中總電阻R=UIC。

980 Ω≤R≤1 800 Ω，故滑動(dòng)變阻器選R2。

（3）熱敏電阻為650.0 Ω時(shí)，報(bào)警器開始報(bào)警，模擬熱敏電阻的電阻器阻值也應(yīng)為650.0 Ω。為防止通過報(bào)警器電流過大，造成報(bào)警器燒壞，應(yīng)使滑動(dòng)變阻器的滑片置于b端。

本題主要考查了閉合電路的歐姆定律的應(yīng)用、等效替換法。要特別注意本題使用的等效替換法的思想，先用電阻箱的阻值來代替熱敏電阻來調(diào)節(jié)電路，再接入熱敏電阻時(shí)，就可以直接工作，這樣的做法靈活、方便、安全。

例6（2016高考新課標(biāo)3卷第23題）：某物理課外小組利用如圖7所示的裝置探究物體加速度與其所受合外力之間的關(guān)系。圖7中，置于實(shí)驗(yàn)臺(tái)上的長木板水平放置，其右端固定一輕滑輪：輕繩跨過滑輪，一端與放在木板上的小滑車相連，另一端可懸掛鉤碼。本實(shí)驗(yàn)中可用的鉤碼共有5個(gè)（N=5），每個(gè)質(zhì)量均為0.010 kg。實(shí)驗(yàn)步驟如下：

（1）將5個(gè)鉤碼全部放入小車中，在長木板左下方墊上適當(dāng)厚度的小物快，使小車（和鉤碼）可以在木板上勻速下滑。

（2）將n（依次取n=1，2，3，4，5）個(gè)鉤碼掛在輕繩右端，其余（N-n）個(gè)鉤碼仍留在小車內(nèi)；用手按住小車并使輕繩與木板平行。釋放小車，同時(shí)用傳感器記錄小車在時(shí)刻t相對于其起始位置的位移s，繪制s-t圖像，經(jīng)數(shù)據(jù)處理后可得到相應(yīng)的加速度a。

（3）實(shí)驗(yàn)結(jié)果見表2。n=2時(shí)的s-t圖像如圖8所示，由圖8求出此時(shí)小車的加速度（保留2位有效數(shù)字），將結(jié)果填入表2。

（4）利用表中的數(shù)據(jù)在圖9中補(bǔ)齊數(shù)據(jù)點(diǎn)，并作出a-n圖像。從圖像可以看出：當(dāng)物體質(zhì)量一定時(shí)，物體的加速度與其所受的合外力成正比。

（5）利用a-n圖像求得小車（空載）的質(zhì)量為kg（保留2位有效數(shù)字，重力加速度取g=9.8 m·s–2）。

（6）若以“保持木板水平”來代替步驟（1），下列說法正確的是（填入正確選項(xiàng)錢的標(biāo)號）。

A.a-n圖線不再是直線

B.a-n圖線仍是直線，但該直線不過原點(diǎn)

C.a-n圖線仍是直線，但該直線的斜率變大

解析：（3）因?yàn)樾≤囎龀跛俣葹榱愕膭蚣铀僦本€運(yùn)動(dòng)，故將（2，0.78）代入

s=12at2可得a=039 m/s2。

（4）根據(jù)描點(diǎn)法得出如圖10所示的圖線。

（5）nmg=（5-n）m+Ma，變形可得a=nmgM+（5-n）m=nmgM+5m-nm，如果繩子的拉力近似等于砝碼的重力，則必須滿足Mm，故a=mgM+5mn，斜率k=mgM+5m，根據(jù)圖像以及m=0.010 kg，可得M=0.45 kg。

（6）因?yàn)槿绻黄胶饽Σ亮Γ瑒t滿足F-f=ma的形式，即a=mgM+5mn-fM+5m，所以圖線不過原點(diǎn)，但仍是直線，選項(xiàng)A錯(cuò)誤B正確。

因?yàn)閒=μ（M+5m-nm）g，代入可得：

a=mgM+5mn-fM+5m=mg+μmgM+5mn-μg，直線的斜率變大，故C正確。

對于高中實(shí)驗(yàn)，要求能明確實(shí)驗(yàn)原理，認(rèn)真分析各步驟，從而明確實(shí)驗(yàn)方法；同時(shí)注意掌握圖象的性質(zhì)，能根據(jù)圖象進(jìn)行分析，明確對應(yīng)規(guī)律的正確應(yīng)用。

例7（2016高考北京卷第21題）：（1）熱敏電阻常用于溫度控制或過熱保護(hù)裝置中。圖11為某種熱敏電阻和金屬熱電阻的阻值R隨溫度t變化的示意圖。由圖可知，這種熱敏電阻在溫度上升時(shí)導(dǎo)電能力（選填“增強(qiáng)”或“減弱”）；相對金屬熱電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的影響更（選填“敏感”或“不敏感”）。

（2）利用圖12裝置做“驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律”實(shí)驗(yàn)。

Ⅰ.為驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，需要比較重物下落過程中任意兩點(diǎn)間的（）。

A.動(dòng)能變化量與勢能變化量

B.速度變化量和勢能變化量

C.速度變化量和高度變化量

Ⅱ.除帶夾子的重物、紙帶、鐵架臺(tái)（含鐵夾）、電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器、導(dǎo)線及開關(guān)外，在下列器材中，還必須使用的兩種器材是（）。

A.交流電源B.刻度尺C.天平（含砝碼）

Ⅲ.實(shí)驗(yàn)中，先接通電源，再釋放重物，得到圖13所示的一條紙帶。在紙帶上選取3個(gè)連續(xù)打出的點(diǎn)A、B、C，測得它們到起始點(diǎn)O的距離分別為hA、hB、hC。

已知當(dāng)?shù)刂亓铀俣葹間，打點(diǎn)計(jì)時(shí)器打點(diǎn)的周期為T。設(shè)重物的質(zhì)量為m。從打O點(diǎn)到打B點(diǎn)的過程中，重物的重力勢能變化量ΔEp=，動(dòng)能變化量ΔEk=。

Ⅳ.大多數(shù)學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示，重力勢能的減少量大于動(dòng)能的增加量，原因是（）。

A.利用公式v=gt計(jì)算重物的速度

B.利用公式v=2gh計(jì)算重物速度

C.存在空氣阻力和摩擦力阻力的影響

D.沒有采用多次試驗(yàn)求平均值的方法

Ⅴ.某同學(xué)想用下述方法研究機(jī)械能是否守恒，在紙帶上選取多個(gè)計(jì)數(shù)點(diǎn)，測量它們到起始點(diǎn)O的距離h，計(jì)算對應(yīng)計(jì)數(shù)點(diǎn)的重物速度v，描繪v2-h圖像，并做如下判斷：若圖像是一條過原點(diǎn)的直線，則重物下落過程中機(jī)械能守恒，請你分析論證該同學(xué)的判斷是否正確。

解析：（1）由R-t圖像可得，隨溫度升高熱敏電阻的阻值降低，且熱敏電阻阻值隨溫度變化的更快，所以當(dāng)溫度上升時(shí)熱敏電阻導(dǎo)電能力增強(qiáng)，相對于金屬電阻而言，熱敏電阻對溫度變化的響應(yīng)更敏感。

（2）Ⅰ.由機(jī)械能守恒可知，實(shí)驗(yàn)只需要比較動(dòng)能的變化量和勢能的變化量，所以選A。

Ⅱ.電磁打點(diǎn)計(jì)時(shí)器使用的是交流電源，故A正確。因?yàn)樵谟?jì)算重力勢能時(shí)，需要用到紙帶上兩點(diǎn)之間的距離，所以還需要刻度尺，故B正確；根據(jù)mgh=12mv2-0可把等式兩邊的質(zhì)量抵消掉，故不需要天平，C錯(cuò)誤。

Ⅲ.重力勢能改變量為Ep=mghB，由于下落過程中是勻變速直線運(yùn)動(dòng)，根據(jù)中間時(shí)刻規(guī)律可得B點(diǎn)的速度為vB=hC-hA2T，所以ΔEk=12mvB2=12m（hC-hA2T）2。

Ⅳ.實(shí)驗(yàn)過程中存在空氣阻力，紙帶運(yùn)動(dòng)過程中存在摩擦力，C正確。

Ⅴ.該同學(xué)的判斷依據(jù)不正確，重物下落h的過程中，若阻力f恒定，根據(jù)mgh-fh=12mv2-0得到v2=2（g-fm）h可知，v2-h圖像就是過原點(diǎn)的一條直線。要想通過v2-h圖像的方法驗(yàn)證機(jī)械能是否守恒，還必須看圖像的斜率是否接近2g。

解決本題的關(guān)鍵在于掌握實(shí)驗(yàn)的原理，會(huì)通過原理確定器材，以及掌握紙帶的處理方法，會(huì)通過紙帶求解瞬時(shí)速度的大小。做分析勻變速直線運(yùn)動(dòng)情況時(shí)，其兩個(gè)推論能使我們更為方便地解決問題：一是在相等時(shí)間內(nèi)走過的位移差是一個(gè)定值，即Δx=aT2；二是在選定的某一過程中，中間時(shí)刻瞬時(shí)速度等于該過程中的平均速度。

3DIS系統(tǒng)的優(yōu)勢

常規(guī)物理實(shí)驗(yàn)一直是高中物理的重要教學(xué)手段，教師在常規(guī)實(shí)驗(yàn)教學(xué)方面的技能和經(jīng)驗(yàn)也比較成熟。但是隨著教育形勢的發(fā)展和教學(xué)改革的深入，原有的實(shí)驗(yàn)設(shè)備在應(yīng)用中存在一些弊端，諸如：操作過程煩瑣、測量數(shù)據(jù)不夠精確、數(shù)據(jù)處理花費(fèi)時(shí)間太長、實(shí)驗(yàn)誤差比較大、不利于科學(xué)探究以及研究性學(xué)習(xí)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)的出發(fā)點(diǎn)和目的是讓學(xué)生掌握和鞏固知識，這就使學(xué)生物理實(shí)驗(yàn)的范圍局限于學(xué)校、課堂、書本。這些問題影響了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果和新課程改革的順利推進(jìn)，對新課程目標(biāo)“掌握物理實(shí)驗(yàn)的一些基本技能”、“嘗試應(yīng)用科學(xué)探究的方法研究物理問題”的實(shí)現(xiàn)產(chǎn)生了制約。DIS技術(shù)的出現(xiàn)可以有效地解決常規(guī)實(shí)驗(yàn)的一些問題。DIS實(shí)驗(yàn)測量具有數(shù)據(jù)采集精確、數(shù)據(jù)處理速度快、實(shí)驗(yàn)結(jié)果可視化、操作過程簡便等優(yōu)點(diǎn)，將DIS實(shí)驗(yàn)與常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行優(yōu)勢互補(bǔ)、取長補(bǔ)短、合理取舍，可以提高實(shí)驗(yàn)教學(xué)的效果。以現(xiàn)代信息技術(shù)為支撐的DIS實(shí)驗(yàn)擴(kuò)大了物理實(shí)驗(yàn)的內(nèi)涵，從而使物理實(shí)驗(yàn)的教育功能得到了拓展。利用各種現(xiàn)代信息化技術(shù)將教學(xué)與社會(huì)、生活、科學(xué)技術(shù)緊密聯(lián)系起來，開闊學(xué)生的視野，激發(fā)學(xué)生更大的學(xué)習(xí)興趣。在物理教學(xué)中，實(shí)驗(yàn)的目的是要探索或驗(yàn)證物理規(guī)律，這就必須要求學(xué)生具有分析和處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的能力。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在數(shù)據(jù)處理方面所花的時(shí)間很長，傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在數(shù)據(jù)處理方面所花的時(shí)間占整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的45%。在數(shù)據(jù)處理過程中，學(xué)生要經(jīng)過詳細(xì)的計(jì)算或描點(diǎn)擬合，才能夠根據(jù)計(jì)算的結(jié)果或做出的圖像進(jìn)行分析歸納，得出結(jié)論。這可以充分培養(yǎng)學(xué)生的作圖能力，計(jì)算能力，及利用數(shù)學(xué)知識解決物理問題的能力。但由于計(jì)算過程太過冗長，學(xué)生用于探索研究的時(shí)間只有8%。DIS實(shí)驗(yàn)用于數(shù)據(jù)處理的時(shí)間只占整個(gè)實(shí)驗(yàn)過程的3%，其他的工作都由計(jì)算機(jī)來完成。學(xué)生的主要任務(wù)是根據(jù)數(shù)據(jù)進(jìn)行探索、研究、推測結(jié)論，然后選擇合適的函數(shù)進(jìn)行擬合。DIS實(shí)驗(yàn)給了學(xué)生57%的時(shí)間進(jìn)行探索研究。DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)應(yīng)該同時(shí)并重，長期共存，互為補(bǔ)充，相輔相成，既無主次之分，更不能完全替換。它們不是推倒與重建、破和立的關(guān)系，而是繼承與發(fā)展的關(guān)系。在物理教學(xué)過程中，既要提倡運(yùn)用DIS，又不能偏廢傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)原理、實(shí)驗(yàn)手段和實(shí)驗(yàn)方法的學(xué)習(xí)。

DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)使學(xué)生體驗(yàn)到探索知識的艱辛和喜悅，激發(fā)他們學(xué)習(xí)的興趣和熱情，從而促進(jìn)高中物理教學(xué)水平的提高。這和新課程教育改革理念高度一致。高中物理教學(xué)中，有一些物理原理很難通過常規(guī)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行探究，只能通過演繹推理建立起來。這種建立方式較理論化，不太符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)，也不符合新課程改革的要求。利用DIS技術(shù)，可以減少理論推導(dǎo)，將物理原理建立在DIS實(shí)驗(yàn)探究的基礎(chǔ)上。例如，在高中物理“感應(yīng)電動(dòng)勢”的教學(xué)中，引進(jìn)磁傳感器，再結(jié)合光電門傳感器、電壓傳感器，就可以采集磁感強(qiáng)度B、導(dǎo)體運(yùn)動(dòng)速度v等數(shù)據(jù)，并將這些數(shù)據(jù)與感應(yīng)電動(dòng)勢的關(guān)系通過電腦顯示，從而可以通過DIS探究實(shí)驗(yàn)來建立動(dòng)生電動(dòng)勢這個(gè)物理概念。物理學(xué)實(shí)驗(yàn)有不同的環(huán)節(jié)：數(shù)據(jù)采集環(huán)節(jié)，DIS傳感器的測量不但簡單方便，而且精度高；實(shí)驗(yàn)準(zhǔn)備的觀察環(huán)節(jié)，DIS極大地?cái)U(kuò)展了可視性和可重復(fù)性；數(shù)據(jù)處理環(huán)節(jié)，DIS將學(xué)生從簡單、機(jī)械、繁瑣的數(shù)據(jù)分析處理過程中解脫出來，讓他們把多點(diǎn)兒的時(shí)間和精力用在更有創(chuàng)新、創(chuàng)造力的方面。在基于DIS的物理探究過程中，能激發(fā)學(xué)生持久的學(xué)習(xí)興趣、培養(yǎng)敢于思考、樂于合作、勇于實(shí)踐的態(tài)度，變被動(dòng)接受知識為主動(dòng)探索和獲取知識，注重獲取知識過程的教學(xué)，明確探究實(shí)驗(yàn)的學(xué)生主體地位。讓學(xué)生在基于DIS設(shè)備的物理探究活動(dòng)中體驗(yàn)探索的艱辛和成功，有助于激發(fā)學(xué)生探索的興趣和熱情。教師引導(dǎo)學(xué)生用科學(xué)的方法和準(zhǔn)確的實(shí)驗(yàn)操作來實(shí)踐探究的過程、驗(yàn)證已有的現(xiàn)象和規(guī)律，這樣的探究式教學(xué)有利于培養(yǎng)學(xué)生的創(chuàng)新意識和提高創(chuàng)新水平，有利于學(xué)生綜合素質(zhì)的提高。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)不僅能將一些復(fù)雜實(shí)驗(yàn)簡化，而且能夠完成以往條件下較難完成的實(shí)驗(yàn)。數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)實(shí)際上是一個(gè)載體，它能解決的不僅僅是實(shí)驗(yàn)的難點(diǎn)，還突破了學(xué)生認(rèn)知能力和創(chuàng)新能力培養(yǎng)上的難點(diǎn)。

具體地說，DIS技術(shù)的優(yōu)勢是：

（1）DIS是豐富、生動(dòng)的演示工具。DIS作為演示工具，可使靜態(tài)事物動(dòng)態(tài)化、微型實(shí)驗(yàn)宏觀化、抽象知識形象化，完成由于受傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)儀器本身的限制難以完成的仿真模擬實(shí)驗(yàn)，進(jìn)行物理過程的動(dòng)態(tài)分析，幫助學(xué)生透徹理解并且掌握產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)結(jié)論的過程。

（2）DIS是良好的技能訓(xùn)練工具。DIS可以為學(xué)生提供全方位的開放性的操作環(huán)境，讓學(xué)生對一些傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行反復(fù)訓(xùn)練：如讓學(xué)生在虛擬場景中從各個(gè)角度觀察游標(biāo)卡尺，進(jìn)行測量訓(xùn)練并在測量完成后及時(shí)給出反饋信息，有助于學(xué)生對游標(biāo)卡尺的結(jié)構(gòu)、測量方法及讀數(shù)的知識構(gòu)建。DIS還可以克服學(xué)生對一些較復(fù)雜儀器（多用電表、示波器等）操作時(shí)的盲目性，幫助他們在理解原理、了解測量方法的基礎(chǔ)上通過模擬掌握實(shí)驗(yàn)技能。

（3）DIS是良好的數(shù)據(jù)信息加工工具。DIS可以利用內(nèi)置程序（或通用軟件）對實(shí)驗(yàn)中所采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行實(shí)時(shí)處理、并且能夠?qū)⒆罱K結(jié)果以表格、圖表等數(shù)學(xué)形式直觀地顯示出來。如在測定電源電動(dòng)勢和內(nèi)阻、牛頓第二定律等實(shí)驗(yàn)中，可方便地找到相關(guān)物理量的關(guān)系。

（4）DIS也是真正的互動(dòng)交流工具。在網(wǎng)絡(luò)環(huán)境下DIS可以實(shí)現(xiàn)學(xué)生不進(jìn)實(shí)驗(yàn)室，便在校園局域網(wǎng)上進(jìn)行自主實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)，邊學(xué)習(xí)邊與其他同學(xué)或教師交流、討論，遇到問題時(shí)可及時(shí)獲得多方幫助。

（5）DIS實(shí)驗(yàn)簡化了實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的采集過程，讓學(xué)生有更多的精力關(guān)注實(shí)驗(yàn)過程，專注于實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)的分析處理。

DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)作為一種新技術(shù)，對于剛剛接觸到這種全新實(shí)驗(yàn)手段的高中生而言，理解起來存在一定的困難。學(xué)生作為高中物理實(shí)驗(yàn)學(xué)習(xí)的主體，如果對DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)不夠熟悉的話，在一定程度上會(huì)影響高中物理DIS實(shí)驗(yàn)教學(xué)的順利開展。學(xué)校和教師應(yīng)注重引導(dǎo)學(xué)生接受新知識，循序漸進(jìn)地學(xué)習(xí)DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)的基本知識，并對學(xué)習(xí)過程中出現(xiàn)的各種疑惑進(jìn)行及時(shí)的解釋，激發(fā)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)DIS實(shí)驗(yàn)技術(shù)的興趣。當(dāng)新的事物來臨時(shí)，作為物理教師要首先接納，花時(shí)間研究，充分發(fā)揮DIS數(shù)字實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)在物理課堂教學(xué)中的作用，要耐心帶領(lǐng)學(xué)生逐步應(yīng)用現(xiàn)代化的測量手段，加強(qiáng)課程體系建設(shè)，在教育評價(jià)體系中逐步合理地引入適量的數(shù)字化實(shí)驗(yàn)，開發(fā)出足夠的數(shù)字教學(xué)資源。