用朗威DISLab研究摩擦力
基于DISLab的数显滑动摩擦力演示仪
基于DISLab的数显滑动摩擦力演示仪作者：单海千来源：《物理教学探讨》2019年第02期摘要：从浙教版初中《科学》第二册第三章第6节中“探究影响滑动摩擦力大小的因素”的傳统实验出发，列举传统实验的不足之处，提出利用DISLab改进传统实验的方案。
关键词：滑动摩擦力；重力；压力；DISLab；实验中图分类号：G633.7 文献标识码：A 文章编号：1003-6148（2019）2-0054-2数字化信息系统实验室（DISLab）是由传感器、数据采集器、数据分析处理软件构成的一套完整的实验辅助系统。
传统的初中物理实验仪器有诸多优点，但已经很难满足信息化背景下学生发展的需要，有时还成为阻碍实验教学质量提高的瓶颈。
现以“探究影响滑动摩擦力大小的因素”实验为例，谈如何利用DISLab改进传统实验。
1 教材实验装置介绍与不足浙教版七下《科学》第三章第6节《摩擦力》采用如图1所示的实验装置探究“影响滑动摩擦力大小的因素”，用弹簧测力计水平拉动木块，使它沿长木板做匀速直线运动，利用二力平衡，弹簧测力计对木块的拉力与木块受到的滑动摩擦力大小相等。
这样通过读出弹簧测力计所示的拉力，就可以得到木块与长木板之间的滑动摩擦力。
该装置器材易得，原理简单。
但实验过程中有两点不足：（1）实验过程中难以水平匀速拉动木块，从而导致弹簧测力计的示数不稳定，读数困难，同时在一个运动的弹簧测力计上读数误差较大。
（2）学生根据经验易将压力与重力混淆，从而提出“滑动摩擦力的大小可能与物体重力有关”的猜想，而图1的实验装置无法用实验纠正学生的错误猜想。
2 数显滑动摩擦力演示仪的制作与操作数显滑动摩擦力演示仪如图2所示。
其中的物体表面压力显示器是一只普通的电子秤，只需在单价中输入9.8，即可在电子秤上直接显示物体表面的压力。
为避免电子秤的其他示数对学生产生干扰，可把其他示数遮挡。
拉力传感器固定在铁架台上，拉钩通过细线与木块相连，可通过电脑实时显示拉力传感器上拉钩处的拉力。
基于dis实验的'摩擦力'教学设计
基于dis实验的'摩擦力'教学设计摩擦力是我们日常生活中经常遇到的现象，对于中学物理学生来说，掌握摩擦力的基本概念和原理非常重要。
本篇教学设计将基于dis实验，帮助学生更深入地理解摩擦力的本质。
一、教学目标：1. 理解摩擦力的基本概念和原理。
2. 能够通过实验，观察和测量不同材料之间的摩擦力大小。
3. 能够在不同表面之间计算摩擦力的大小。
二、教学过程：1. 引入：通过简单的实验，向学生介绍摩擦力的现象，引起学生的兴趣。
2. 理论知识：讲解摩擦力的基本概念和原理，包括静摩擦力和动摩擦力的区别，以及重力、斜面角度等因素对摩擦力的影响。
3. 实验操作：使用dis实验，让学生进行不同表面之间的摩擦力测量，包括木板与木板之间、木板与纸板之间、木板与沙纸之间的摩擦力测量。
4. 数据处理：通过实验数据，让学生计算出不同表面之间的摩擦力大小，并进行比较和分析。
5. 总结：对实验结果进行总结和归纳，梳理出摩擦力大小的影响因素，让学生深入理解摩擦力的本质。
三、教学评估：1. 实验操作表现评估：观察学生在实验操作过程中的仪器使用技巧和数据处理能力，评估其实验操作表现。
2. 实验数据分析评估：通过学生的数据处理结果，评估其对于摩擦力大小的计算和分析能力。
3. 知识掌握评估：通过课堂回答问题和小测验等方式，评估学生对于摩擦力基本概念和原理的掌握情况。
四、教学建议：1. 在引入环节中，可以通过现实生活中的例子来引发学生的兴趣，提高学习积极性。
2. 在实验操作中，要注意学生的安全，确保实验操作的规范性。
3. 在知识掌握评估中，可以设计一些具有实际应用的案例，让学生更好地理解和应用摩擦力的知识。
4. 在教学过程中，使用多种教学方法，如图示、实验演示、讨论等方式，提高学生的学习效果和兴趣。
【高中物理DIS通用实验】实验56：摩擦做功使温度升高
实验五十六摩擦做功使温度升高
实验器材
朗威DISLab数据采集器、温度传感器、黄铜管、橡胶塞、棉绳、夹具、计算机。
实验装置
如图15-1。
图15-1 摩擦做功使温度升高实验装置
实验操作
1．用夹具将黄铜管固定在实验台上，温度传感器通过橡胶塞向下插入黄铜管内（图15-1）。
2．将温度传感器接入数据采集器，点击教材专用软件主界面上的实验条目“摩擦做功使温度升高”，打开该软件。
3．点击“开始记录”，获得当前的温度图线。
4．快速拉动套在黄铜管上的棉绳，使之与黄铜管摩擦，可观察到温度图线随之上升；如停止拉动，温度图线随之下降（图15-2）。
图15-2 摩擦做功使温度升高
5．点击“停止记录”按钮后，可以拖动滚动条，回放实验图像。
注意
如需观察温度的细微变化，可使用“加快扫描频率”，提高温度图线的刷新速度；如需呈现实验中数据的全程变化状况，可使用“减慢扫描频率”，降低温度图线的刷新速度，将整个实验数据图线限定在一屏之内。
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朗威DISLab与力学实验教学
朗威®DISLab与力学实验教学物理学习是一个贯穿了实验、观察、归纳和抽象的过程。
怎样引导学生从纷繁芜杂的物质世界中总结出规律，并鼓励学生掌握和完善总结出规律的方法，实际上是中学物理教学基本命题。
力学（含运动学、动力学）教学在中学物理教学中具有非同一般的挑战性，原因首先在于力学是整个物理学体系的根基，是学生学习物理的入门课；其次在于力学教学不仅仅是知识的传承过程，更是物理思维的训练过程和物理方法的形成过程。
因此，力学教学的优化和改进就成了上海二期课改中学物理教学改革所面对的一项重要任务。
《面向21世纪上海市中学物理学科教育改革行动纲领》关于中外物理教学的比较研究结论，对于力学教学的改革具有重大指导意义。
上海市中小学数字化实验系统研发中心在“数字化信息系统实验室”——朗威®DISLab的研发过程中贯彻了《行动纲领》和《上海市中学物理课程标准》关于“强调学习过程、自主学习、现象的观察和归纳、发散思维训练、基于实验数据的分析和处理”的指导思想，通过现代化的实验手段为力学教学的改革提供了有力支撑。
一、实现力学实验手段的数字化长期以来，我国中学力学实验手段一直相对落后于其他实验领域。
为了能够在工具层面奠定力学教学改革成功的基础，上海市中小学数字化实验系统研发中心在朗威®DISLab的研发过程中突出了力学实验教学的需求，抓住测量“力、距离（位移）和时间”这三个关键点，为力学实验教学打造了一系列数字化“工具”。
▲朗威®DISLab力传感器传统力学实验中，一般使用测力计进行力的测量。
测力计价格低廉、形象直观，应用非常广泛。
但其缺点也显而易见：仅适于静态而不适于动态测量；能测拉力而不能测量压力；支持“点测量”而不支持“线测量”，缺乏过程监控能力；另外，测力计本身的精度、读数容易形成偏差也限制了其实验应用。
研发中心推出的朗威®DISLab力传感器（P16图19）以工业级应变片为核心部件，将应变片受力后因微弱形变引发的电势差转换为数字信号，进而得出测量结果，并实时显示、记录受力值，描绘出“力－时间”图线，不会遗漏实验过程中的任何细节。
巧用DIS滑杆机构破解力学实验难题
中学物理 Vol.38 N o. 142020年7月•现代教育技术•巧用D I S 滑杆机构破鮮力学矣验难题刘作志1翟应品2于鲁辉3万勇3(1.高密市豪迈中学山东高密261500; 2.兴化市临城中心校江苏兴化225700;3.青岛大学物理科学学院山东青岛266071)摘要:依据二力平衡的原理测出物体在做匀速运动过程中所受某个力的大小，是初中力学实验中常遇到的情况. 由于在实验过程中受到实验主体的主观控制，物体很难保持匀速直线运动的状态，这一点成为困扰这类实验的难题.针 对该问题，本文提出了利用数字化实验平台（D 1S )和滑杆机构来实现匀速运动中测量的实验方案，并以摩擦力测量、机 械效率测量和胡克定律检验三个创新实验案例，说明这种方案的可行性和创新价值.关键词：D 1S ;滑杆;初中力学实验；匀速运动；数字化实验文章编号：1008 -4134(2020)14 -0063中图分类号:G 633.7文献标识码：B匀速直线运动状态是一种平衡状态，在初中物理教材中存在许多根据二力平衡原理间接测量处于匀 速直线运动状态的物体所受某个力的大小的实验.此 类实验的难点在于利用弹簧测力计拉动物体保持匀 速直线运动并读出力的大小.影响因素主要有三点： 第一，学生很难精确控制物体做匀速直线运动;第二， 对于物体是否匀速直线运动很难做出主观判断；第 三，兼顾物体做匀速直线运动的同时读出弹簧测力计 的示数极为困难.以人教版《物理》（八年级下册）第 八章第三节的实验“研究影响滑动摩擦力大小的因 素”为例，教材中采用了如下实验方案:使用弹簧测力 计拉动木块在木板上做匀速直线运动来测量木块所 受到的摩擦力.针对上述困难，部分教师提出了如下 两类改进方案:一是将木块通过弹簧测力计连接在竖 直面上，拉动木板让木块相对于地面静止[1]，二是在 木块上安装水平仪，利用定滑轮水桶装置来实现匀速 拉动W .不能否认这两种设计方案都很巧妙，但要作 为初学摩擦力的分组探究实验却值得商榷，前一种方 案涉及参照系的变换，学生理解实验操作有一些难 度，而且也容易造成学生思维离散，偏离探究测量滑 动摩擦力的实验主题;后一种方案则使实验装置和操 作过程过于复杂化，而且最大静摩擦力要大于滑动摩 擦力，木块做的是否是匀速直线运动也同样存疑.1难题破解与实验创新保持物体做匀速直线运动的问题可以利用步进 电机改进实验装置来解决，步进电机正常运行后具有 速度恒定且与负载无关的技术特性.结合数字化实验平台和生产机械中常用的滑杆机构，可实现在传感器 运动过程中测量力的大小.为详细说明该方案的意 义，提出如下三个创新案例.1.1用D IS 滑杆机构探究滑动摩擦力的影响因素实验器材：长木板、步进电机、滑杆、滑块、力传感 器及其固件、l )IS 实验系统、各面粗糙程度不同的木 块、绳子、钩码.实验装置:如图1所示，将步进电机固定在木板 的一端，滑杆固定在木板的一侧，用配套固件将力传 感器固定在滑块上，再将步进电机上的细绳固定在滑 块上，DIS 滑杆机构就组装完成.当步进电机转动时, 勻速拉动绳子带动滑块和力传感器一起做匀速直线 运动,传感器上安装无线发射模块，这样DIS 系统就 可以对物体在运动过程中所受摩擦力的大小进行实 时、连续、无线采集.图1用DIS 滑杆机构探究滑动摩擦力的影响因素实验过程：（1)测量木块所受的重力大小并记录 在表格中，调节力传感器的高度，使挂钩与木块拉环 相平，将力学传感器调零，然后将木块拉环套在力传 感器挂钩上；（2)打开步进电机，当传感器示数稳定 后，记录此时摩擦力大小；（3)更换木块与木板的接触作者简介：刘作志（1987 -)，男，山东高密人，硕士，中学二级教师，研究方向：中学物理实验教学、科学教育信息化；翟应品（1970 -)，男，江苏兴化人，本科，中学高级教师，研究方向：中学物理实验教学、中学综合实践活动; 万勇（1965 -)，男，山东青岛人，博士，硕士生导师，研究方向：物理教育和电磁理论..63•2020年7月Vol.38 N o. 14 中学物理面，重复步骤（2); (4)在木块上放置两只钩码，重复 步骤(2);(5 )分析数据，得出实验结论.创新价值:国内用数字化实验系统来测量滑动摩 擦力的实验设计并不鲜见，并且大多数品牌都使用了 步进电机来实现匀速拉动物体运动.但问题的关键在 于如何用步进电机代替人手拉着力学传感器和木块 一起做匀速直线运动.朗威沿用了将木块固定，拉动 木板，从而测出木块所受滑动摩擦力大小的设计方 案，而苏威尔和威成亚采用了将力传感器与物块集成 的方案，前者回避了拉动力传感器的问题，后者则使 力学传感器失去了通用性，此外，将木板换为传送带 的方案进•步增加了实验复杂度|3].本案例不但在不 失其通用性的前提下，用简洁的设计解决了匀速拉动 力的传感器的问题，更重要的是该方案可迁移到其他 需要在匀速运动过程中测量力的大小的实验，这一点 同样是其他儿种方案无法具备的独有优势.1.2 用丨)1S滑杆机构测量滑轮组的机械效率DIS滑杆机构只能用来测量滑动摩擦力的大小 吗？还可以用来做什么实验？若将木板倾斜放置，可以联想到测量斜面机械效率的实验，在测量斜面机械 效率的实验中也需要拉动木块做匀速直线运动;若将 木板竖直放置，马上联想到在测量滑轮组机械效率的 实验中也耑要拉动绳子自由端做匀速直线运动.实验器材：D IS滑杆机构、铁架台、滑轮、细绳、钩码.实验装置：如图2所示，将DIS滑杆机构竖直固 定在铁架台上，利用固件组装成滑轮组.图2用DIS滑杆机构测M滑轮组机械效芊实验过程：（1)在动滑轮上悬挂一个钩码,记录钩 码质量，标记钩码和绳端的初始位置；（2)打开步进电 机匀速拉动绳端，点击并记录绳端拉力大小；（3)关闭 步进电机，记录钩码和绳端的末位置14]，并根据初末 位置的读数来记录钩码提升的高度和绳端移动的距 离；（4)更换两次钩码，重复（1) (2) (3)步；（5)更换 三次动滑轮，重复（丨）（2) (3)步；（6)利用DIS系统自 动计算六次实验中滑轮组的机械效率；（7)利用DIS 系统绘出机械效率随钩码和滑轮重力变化的图像.创新价值:利用DIS滑杆机构进行滑轮组实验除 解决了匀速拉动过程中测量拉力的问题以外，至少有 如下三点好处:第一，实验操作过程得以简化，第二次 实验只需反向打开步进电机将装置还原即可，省去了 繁琐的重复组装，从而提高了实验效率[5];第二，对于 承担物重绳子股数为偶数的滑轮组，若用普通测力计 测量，则存在着测力计向下拉动不易调零的问题，用 力传感器避免了这一疑难；第三，避免重复性的繁复 计算，机械效率由计算机直接根据实验数据算出，并 且可以以图像的形式定量得出影响机械效率的因素.1.3用DIS滑杆机构探究弹簧拉力与伸长量的关系 (胡克定律）匀速直线运动意味着物体运动的路程将与运动 时间成正比，利用这个原理DIS滑杆机构可以展示更 加出人意料的创新实验.实验器材:DIS滑杆机构、弹簧.实验装置:如图3所示，将弹簧的一端固定在木 板的一侧，另一端与力传感器的挂钩相连.图3胡克定律的创新探究实验过程：（1)打开步进电机，同时开始记录拉 力一时间图像；（2)关闭步进电机，停止记录，观察到 有效测量时段内是一条正比例图像（如图4所示）；(3)分析时间、速度和弹簧伸长量的关系，弹簧伸长M 与时间成正比，故可得结论弹簧拉力与其伸长量成正 比（亦可测量弹簧的总伸长量和伸长时间，利用公式 将时间坐标变换为伸长量）；（4)在木板上加装固定 槽，将弹簧置于槽中，反向打开步进电机，分析弹簧压 力与弹簧压缩量的关系；（5)(选做）再次打开步进电 机，记录弹簧超出弹性限度时拉力大小的变化.创新价值:传统实验在探究弹簧拉力与弹簧伸长 量的关系时，是通过在弹簧下端加减钩码并测量弹簧 的伸长量得到离散的数据.本案例巧妙地利用在匀速 直线运动过程中，路程与时间成正比的原理，不仅简 化了实验过程，而且通过实时测得的连续图像，轻而 易举地得到在弹性限度内弹簧拉力与弹簧伸长量成 正比的结论，本实验装置若用于高中教学还可测量不 同弹簧的劲度系数，只需利用软件的线性拟合功能得 出图像的斜率即为劲度系数.由于力传感器同时具备• 64•中学物理 Vol.38 No. 142020年7月测量压力的功能，只要对弹簧稍加固定，反向开启步 进电机就可以探究弹簧的压力与弹簧压缩量成正比 的结论.通过综合分析正反两个实验,得出弹簧的弹 力与弹簧的形变量成正比的结论就变得水到渠成.2创新策略与案例反思看似简单的滑杆机构在与数字化信息技术和实 验教学需求结合后，诞生了出人意料的系列创新实验 成果，这绝不仅仅是妙手偶得，案例背后蕴藏着教师 实验教学实践和创新的规律.2.1关注社会生活，发现创新契机新一轮课程改革旨在发展学生的核心素养，实践 创新是核心素养的一个重要方面.要想让学生做到实 践创新，教师首先要学会实践创新.如何做到实践创 新？不妨从教学问题着眼，从技术应用着手，从社会 生活中发现灵感，这也正是“STSE”理念所倡导的教 学模式.科学教育要关注技术发展、关注社会生活、关 注生存环境，而实践能力和创新精神的培养正是建立 在对社会生活的关注和对技术发展的适应上16].本文 创新案例的问题来自科学教育，技术问题来自于信息 化教育技术和社会生产技术，多因素的融合是创新发 生的契机.未来教师既是学习资源的开发者，又是学 习过程的领航员，还是专业成长的自主学习者[7].物 理教师若能在实践创新中不断成长，必然能为学生带 来富有生活气息和创新灵感的实验教学资源,必然对 学生的实践创新起到引领作用.2.2善用思维方法，扩大创新成果发散思维是创造性思维的核心成分，发展教师和 学生的创新思维不能忽视发散思维的应用，“一物多 用”就是发散思维重要应用模式之一.D1S滑杆机构 水平放置可以演示测量滑动摩擦力大小的实验，竖直 放置可以进行滑轮组实验，倾斜放置可以做斜面机械 效率实验，案例开发的过程就是创造性思维大显神威 的过程.教师的实验创新并非无法可循全凭灵感，案例开发的过程还是创新技法应用的过程181，将生产机 件、生活用品、娱乐器材、医疗器件等不同领域的不同 产品应用于实验创新是一种移用技法，挖掘“原型”的技术功能和结构原理为我所用，常获奇效;将滑轨、数 字化实验平台和传统实验相结合是一种组合技法，将 两种及两种以上不同领域的技术组合属于异类组合，在DIS滑杆机构的基础上添加滑轮或弹簧属于主体 附加组合，组合技法的应用可使各项技术互补短板，相得益彰;教学中用测量路程和时间的办法来得到物 体的速度，案例三却反过来用匀速运动获得随时间均 匀增大的距离，这是逆向技法，而逆向思维是创造性 思维的另一重要类型.综合运用各种创新思维和创新技法可使实验创新教学在课堂中的应用更加有效，从而扩大创新成果.2.3 深度融合教学，凸显信息化优势数字化实验平台是信息技术发展的产物，当前我国已进人教育信息化2.0时代,是否应该将信息技术应用于物理实验教学已经不是问题，问题是如何促进信息技术与学科教学的深度融合，所谓融合绝不是把信息技术与学科教学内容简单相加，数字化实验平台的应用绝不是用传感器代替传统测量工具，用计算机代替学生记录分析.所谓整合应该是信息技术与传统教学各取所长的无缝融合，并在融合基础上凸显出传统实验教学所不具备的优势.通过对上述教学案例的分析，信息化技术与实验教学的深度融合不仅可以推动传统实验的改进创新，还可以创造新实验，提升实验的教育价值.教育信息化不是应用新技术工具教学这么简单，而是在技术与教学的融合中，实现教学理念、教学目标、教学手段、教学方式和教学评价的全面改革.3结语DIS滑杆机构灵感源自于一项不起眼的生产技术，却给诸多力学实验的改进带来了创新的火花，虽然文中的实验案例不乏可改进可商榷之处，比如力传感器的固定方式和平衡控制等问题，但从这些案例的开发过程中不难体会到创新物理课堂实验是无止境的.要从教学中发现问题，从生活中寻找灵感，从思维中寻求突破，从整合中提升价值，从反思中寻找新的起点.希望本文的实验案例和策略反思能为中学物理实验教学改革一线的同仁带来启发，起到抛砖引玉的作用.参考文献：[1]章强，庞惠华.“摩擦力”实验设计的改进[•)].物理教师,2012,33(11) :39 - 40 + 42.[2] 汤祖军，张小青.滑动摩擦力实验改进实例[_!].成才，2015( 12) ：36 -38,[3] 蔡孝文，周新雅，陈昊然.改进测量滑动摩擦力大小实 验装置的评析[J].中学物理,2018,36(04) :27 -29 +62.[4] 徐建刚，赵力红.初中科学课堂实验创新设计策略的 研究[J].物理教学，2018,40(02) :35 - 40.[5] 刘纳川，王辛辛.滑轮实验的改进与创新[J].中学物 理教学参考,2018,47(23),:48 - 49.[6] 冯化友.初中物理课外科技活动实施STSE教育的探 索与实践[J].物理通报,2017(S2):l9-20.[7] 荀渊.未来教师的角色与素养[J].人民教育，2019 (12):36 -40.[8] 冯容士，李鼎.DIS,上海创造——数字化实验系统研 发纪实[M]•上海:上海教育出版社,2018.(收稿日期：2020-04 -26)。
DIS实验在初中物理教学中的实践探索
DIS实验在初中物理教学中的实践探索周轶物理实验与科学探究是物理课程和物理教学中的一个重要组成部分。
在习近平新时代中国特色社会主义思想指引下，以中国学生核心素养发布为背景，教育已然迈向崭新台阶。
上海作为超大城市，教育改革、深化、发展也正迎来新一轮升华。
聚焦上海中学物理教育，始终坚持立足理论树立学生的科学精神，通过合作化解阻力推动社会参与，围绕科学探究及学生经历奠定学生持续发展基础。
随着上海课程改革推进，早先引入教材的“数字化实验系统(DIS)”，基于诸多方面的创新、实践和完善已植根于中学物理课堂，并积累了丰富的案例与心得。
这得益于它保留了传统的物理学研究方法，与数字化信息技术和软硬件平台相结合，挖掘了前沿信息技术在物理教学过程中的价值。
笔者长期工作在中学物理教学一线，在教学中运用了这项实验技术，帮助学生建立物理概念、丰富科学探究、树立科学价值观。
如何将其特点与传统实验互补并优化学生学习物理的过程是一个值得探索和反思的课题。
《上海市中学物理课程标准解读》指出：“实验是物理学基础，它赋予了物理学科的思想和内容，促进了物理学发展，同时其自身也是不断发展的。
”身为物理教师，笔者经历了上海的二期课程改革，通过对中学物理学科数字化实验系统的实践应用，深刻领会到了研究手段信息化、学习过程自主化、合作交流常态化的独特优势。
一、数字化实验系统(DIS)的特点与优势数字化实验系统的基本结构为“传感器+数据采集器+计算机分析软件”(如图1所示)。
它用传感器取代了传统测量仪器，例如：测力计、温度计、电表等，能够采集力、热、声、光、电、位移、磁感强度等物理量的大量即时数据，通过采集器输送进计算机，由PC 分析软件或移动端APP实现实时处理并显示(含绘图)，具有真实性和趣味性。
物理课程与信息技术整合能够更高效地处理、分析、评价在物理实验和科学探究过程中所获得的大量可靠信息，进而适应“大数据与互联网+”等社会信息化发展趋势。
应用DISLab 辅助力学实验教学
2019年第10期教育教学2SCIENCE FANS 1 引言在鲁科版《普通高中课程标准实验教科书物理1》中指出[1]，学习高中物理，特别要注意学习过程与方法，注重提高自己提出问题并解决问题的能力。
物理是一门实验学科，实验在物理教学中有着无可置疑的重要地位。
在课堂教学中，教师的角色是“导学、助学”。
学生在教师指导下，经过“自学自研、互学互研”而获取知识，提升能力，学会创新。
而教师有时则可以借用DISLab技术展示质疑，讨论生成，拓展延伸，尝试探索适宜新高考的教学模式。
2 DISLab简介DISLab是Digital Information System三个词的缩写，是“数字化信息系统实验室”的简称，它是一种用于实时采集数据的智能化系统。
DISLab的基本系统结构为“传感器+数据采集器+计算机”，以一系列传感器替代了传统的测量仪器，能够完成力、热、声、光、电、位移、磁感强度、辐射、等多种物理量数据的采集[2]。
3 DISLab在课堂演示实验中的应用中学物理实验教学可分为课堂演示实验和学生分组实验两个部分。
在这些教学中，有些力学实验现象比较抽象，很多是受限于传统的实验仪器，使一些物理现象在教师做演示时不能够直观呈现，阻碍了学生对物理规律的理解，甚至会因此而失去了对物理的兴趣，从而造成了教学中的一个难点。
大量成功的实验教学表明，把生活中平常的物理现象展现在学生的可视化范围内，会让学生更容易体验成功。
本节课上笔者先用朗威DISLab系统进行模拟。
利用力传感器，学生可以看到当物体被迅速往上拉时，物体对悬线的瞬间拉力的大小可以清晰地显示出来。
物理实验课堂应是一个动眼观察、动脑思考、动手实践的过程。
因而在实验教学中，可以大大提高利用DISLab对传统实验进行“再挖掘”，开发其教育潜能,提高利用DISLab 的实效性。
实例分析：滑动摩擦力大小与什么因素有关?本实验是依据“二力平衡”来探究滑动摩擦力的大小随压力、接触面的粗糙程度的变化规律。
用DIS实验系统探究牛顿第二定律实验报告
用DIS实验系统探究牛顿第二定律实验报告由牛顿第二运动定律：F=Ma，当M不变时，F∝a。
由牛顿第二运动定律：F=Ma，在F不变的情况下，a与M成反比关系。
◆实验器材朗威 DISLab、计算机、DISLab力学轨道及附件、天平、小砂桶等。
◆实验装置图◆实验过程与数据分析一、验证加速度与拉力的正比关系1.使用DISLab力学轨道附件中的“I”型支架将两只光电门传感器固定在力学轨道一侧，将光电门分别接入数据采集器的第一、二通道。
2.在小车上安装宽度为0.020m 的挡光片，将小车放在轨道的一端，轻推小车使其自由下滑，调整轨道的倾斜角，观察小车通过两光电门时的挡光时间，直至两时间非常相近为止。
3.用天平称出小砂桶的质量（kg），轨道的另一端安装力学轨道附件中的滑轮系统，将砂桶悬挂在滑轮下方（图1-2），并通过牵引绳与小车连接，对小车施加拉力（图1-1）。
（图1-1）（图1-2）4.逐次增加小砂桶的质量并记录数值(给砂桶加实验天平的砝码），使其对小车施加的拉力逐次增大，测出不同拉力下加速度的值。
5.在计算表格中，增加变量“m1”，代表小砂桶的总质量，并输入相应数值。
打开“计算表格”，点击“变量”，启用“挡光片经过两个光电门的时间”功能，软件默认变量为t12。
6.输入计算“拉力”的自由表达式“F= m1*9.8”（N），得出实验结果。
（图1-3）7.点击“绘图”，选择X 轴为“F”，Y 轴为“a”，可见所获得的数据点呈线性分布特征。
点击“线性拟合”，得一条非常接近原点的直线，从而可以验证：在质量不变的情况下，拉力与加速度成正比。
（图1-4）注意：需注意调节滑轮的高度，使牵引绳平行于轨道建议：称出小车的质量，利用本次实验结果，计算Ma 的值，比较与拉力的大小，分析产生误差原因。
二、验证加速度与质量的反比关系1.用天平称量出小车的净质量（本次实验为0.2200kg）。
2.调整轨道水平。
3.将小钩码通过牵引绳与小车连接，使之滑动。
朗威数字化信息系统实验室(Dislab)用户手册
用户手册
欢迎使用朗威®DISLab 愿我们共同开启实验教学的数字化时代
朗威®数字化信息系统实验室
Llongwill® Digital Information System Laboratory
V5.0 用户手册
（第二次修订版）
上海市中小学数字化实验系统研发中心 山东省远大网络多媒体有限责任公司 2005 年 9 月
二、DISLab 的安装使用……………………………………………………….……….…P10 1、硬件………………………………………………………………….……………P10 2、软件………………………………………………………………….……………P10
三、DISLab 教材专用软件及其实验应用.………………………………………………P11 1、研究匀速直线运动………………………………………………….……………P11 2、瞬时速度的测定………………………………………………….………………P12 3、从 v-t 图求加速度…………………………………………………….…..………P13 4、斜面上力的分解 …………………………………………….…………………P14 5、牛顿第二定律 ……………………………………………….…………………P14 6、超重失重 …………………………………………………….…………………P16 7、力的相互作用 ……………………………………………………….…………P17 8、弹簧振子的振动图像 ……………………………………….…………………P17 9、声振动图像 ………………………………………………….…………………P18 10、动能大小的比较…………………………………………………………. ……P19 11、动能势能转化……………………………………………. ………...………….P21 12、向心力研究……………………………………………………….…...…….…P22 13、气体压强与体积的关系………………………………………….……...…….P23 14、气体压强与温度的关系………………………………………….……...…….P24 15、摩擦做功使温度升高…………………………………………….……...…….P25 16、小灯泡的 U-I 曲线描述.............................................. ……...............................P26 17、磁感应强度的测定……………………………………………….……..……..P27 18、微弱磁通量变化时的感生电流………………………………….……..……..P28 19、单缝衍射中的光强分布规律…………………………………….……..……..P28 20、G-M 计数器应用………………………………………….……………..……..P29 21、DISLab 电子天平…………………………………………………….…...……P31
基于朗威DISLab的“摩擦力”教学实验设计
作者： 庄正辉
作者机构： 汕头市金山中学,广东汕头515000
出版物刊名： 物理教师
页码： 61-63页
年卷期： 2016年 第11期
主题词： 数字化信息系统实验室 摩擦力 教学设计
摘要：高中物理必修1“摩擦力”一节中要求学生通过实验认识摩擦力，课本中介绍的几个实验可能在班级教学中难以保证学生观察到现象，并且数据的采集和呈现并不直观．本文基于朗成数字化信息系统实验室和计算机媒体，针对课程标准中对摩擦力的实验要求，设计了关于摩擦力的实验．能帮助学生直观观察实验现象，直接呈现实验数据，并且高效处理实验数据得出结论，从而提高教学效率．。
朗威DISLab与力学实验教学
朗威®DISLab与力学实验教学物理学习是一个贯穿了实验、观察、归纳和抽象的过程。
怎样引导学生从纷繁芜杂的物质世界中总结出规律，并鼓励学生掌握和完善总结出规律的方法，实际上是中学物理教学基本命题。
力学（含运动学、动力学）教学在中学物理教学中具有非同一般的挑战性，原因首先在于力学是整个物理学体系的根基，是学生学习物理的入门课；其次在于力学教学不仅仅是知识的传承过程，更是物理思维的训练过程和物理方法的形成过程。
因此，力学教学的优化和改进就成了上海二期课改中学物理教学改革所面对的一项重要任务。
《面向21世纪上海市中学物理学科教育改革行动纲领》关于中外物理教学的比较研究结论，对于力学教学的改革具有重大指导意义。
上海市中小学数字化实验系统研发中心在“数字化信息系统实验室”——朗威®DISLab的研发过程中贯彻了《行动纲领》和《上海市中学物理课程标准》关于“强调学习过程、自主学习、现象的观察和归纳、发散思维训练、基于实验数据的分析和处理”的指导思想，通过现代化的实验手段为力学教学的改革提供了有力支撑。
一、实现力学实验手段的数字化长期以来，我国中学力学实验手段一直相对落后于其他实验领域。
为了能够在工具层面奠定力学教学改革成功的基础，上海市中小学数字化实验系统研发中心在朗威®DISLab的研发过程中突出了力学实验教学的需求，抓住测量“力、距离（位移）和时间”这三个关键点，为力学实验教学打造了一系列数字化“工具”。
▲朗威®DISLab力传感器传统力学实验中，一般使用测力计进行力的测量。
测力计价格低廉、形象直观，应用非常广泛。
但其缺点也显而易见：仅适于静态而不适于动态测量；能测拉力而不能测量压力；支持“点测量”而不支持“线测量”，缺乏过程监控能力；另外，测力计本身的精度、读数容易形成偏差也限制了其实验应用。
研发中心推出的朗威®DISLab力传感器（P16图19）以工业级应变片为核心部件，将应变片受力后因微弱形变引发的电势差转换为数字信号，进而得出测量结果，并实时显示、记录受力值，描绘出“力－时间”图线，不会遗漏实验过程中的任何细节。
浅谈在摩擦力一节中使用DIS进行试验-南通启秀中学
浅谈在摩擦⼒⼀节中使⽤DIS进⾏试验-南通启秀中学浅谈使⽤DISlab 进⾏新教材摩擦⼒的实验沈军（南通市启秀中学，江苏南通 226001）1 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。
它是⼀种将传感器、数据采集器和计算机组合起来，共同完成对物理量测量的装置。
我们称它为DIS （digital information system ）实验。
在实验过程中将利⽤DIS 实验系统，直接可以在电脑上得到实验数据，并通过图表、图线具体分析出来，⼗分直观简便，删去了以往实验课上繁琐的计算过程，即节约了时间⼜让学⽣感到直观、易懂。
2 教材上的实验在摩擦⼒⼀节中，新教材第61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：把⽊快放在⽔平长⽊板上，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轻塞⼀个⼩纸团，它可以随指针移动，并作为指针到达最⼤位置的标志（图1）。
继续⽤⼒，当拉⼒到达某⼀数值F max 时⽊块开始移动，此时拉⼒会突然变⼩到F 0。
图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？如果⽤⼒的传感器来代替弹簧测⼒计做这个实验，能够在计算机屏幕上直接得到拉⼒变化的图线。
教材上介绍的实验是利⽤弹簧秤拉⽊块，观察⽊块的运动及弹簧秤指针的变化情况判断拉⼒的变化，然后分析判断摩擦⼒的变化情况，为了更清楚地反映⼒的变化情况，在弹簧测⼒计指针下塞⼀个⼩纸团，让⼩纸团随指针移动，并作为指针到达最⼤位置的标志。
利⽤弹簧测⼒计进⾏书上的实验，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，⽽且观察不⽅便，在控制⽊块匀速的时候还要去读数，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。
物理dis实验摩擦力
2.1摩擦力实验时间：2017/5/24 (-)实验过程实验一.探究摩擦力和时间的关系1. 选用100g的滑块，并放在适当的位置。
利用传感器得到摩擦力和时间的关系图像。
或《摩據力SQQQF- 1.35 N开匕“丄停止g丄"Qj&ng八辭E羲J刁砂丄幻跆丿.停tfi j_fea>实验二、探究静摩擦力与切向外力、正压力的关系1. 选用100g的滑块，按实验一的方法得到摩擦力与时间关系图像，点击“区域选择”，在图像的最髙点(最大静摩擦力)附近，选择尽量小的区域，得到最大静摩擦力的近似值，静摩擦力大小为，OVf静W2.55N加日日1 ■■S 4 5L01«F= 135 N开幻"丿停止S丿氐陀犖丄夕-%田“厶^如令丄传6IM.J Cl , MJ2. 选用200g的滑块，按实验一的方法得到摩擦力与时间关系图像，点击“区域选择S在图像的最高点（最大静摩擦力）附近，选择尽疑小的区域，得到最大静摩擦力的近似值，静摩擦力大小为，OVf静W3.06N或1 ■• 3 4人/N 2.0?N 3“F= 2.06 N开炳玄丄停止igft J那坏Mg丄砂鬼卷J厅Y!B・丄行-冷田・丄H彻诂丄佯坯J tfl丄辄实验三、滑动膜摩擦力与正压力的关系1.先后选用滑块100g. 150g. 200g、250g、300g、350g,按实验一的方法得到摩擦力与时间的图像，勾选区域得到滑动摩擦力f的值匚互“障掇力灵"摩攥力力代感爲值3.52 N开於M 丄停止jgflt) 砒林;n；,-爲盹第丿刁•T BB・J />-思谢・J ■茨祁盒丿.仔MEW J KB J-叽2. 作滑动摩擦力与正压力关系图像，得到描点图像,SQQQ力代感器值F- 3.52 N开贻M 丄停止站J 彩*E8 »辭£和刁•"时丿&・％田・丄1：彻冶丄仔MS雜J 金J. feS^3. 点击〃直线拟合"，线性关系图像5040—3。
DIS通用实验二滑动摩擦力研究
实验二滑动摩擦力研究实验目的研究影响滑动摩擦力的因素。
实验原理两个接触着的物体，有了沿接触面的相对滑动，在接触面上就会产生阻碍相对滑动的力，即滑动摩擦力。
固态物体之间的摩擦力与接触面相切，并与相对滑动或相对滑动趋势的方向相反。
摩擦力的大小，与相互接触的物体的性质、表面的光洁程度及物体间的正压力有关，与接触面积无关。
实验器材朗威DISLab、计算机、木质或铁质物块、斜面板、小细绳、配重块（或砝码）、天平。
实验装置图同实验一。
实验过程与数据分析1．用天平称出物块和配重块的质量，把斜面板放置水平；2．将力传感器接入数据采集器；3．打开“组合图线”窗口，点击“添加”，设置X轴为“时间”，Y轴为“力”；4．物块放置在斜面板上，传感器的测钩用小细绳与物块连接好，水平方向缓慢拉动物体，待物体开始匀速运动一段时间后停止拉动，获得“F-t”图线（图2-1）；5．点击“停止”，用“选择区域”工具在图2-1的“F-t ”图线中选取对应物块匀速运动的一段图线；6．点击“其它处理”菜单中的“平均值”，得出被选中的那段“F-t ”图线对应测量数据的平均值（图2-2）；7．点击平均值窗口中的“记入表格”，将平均值数据记录在表格中；8．在物块上放置配重块，重复步骤4~7，测出并记录一组数据；9．打开“计算表格”，点击“变量”，定义“m ”为代表物块与配重块的总质量并输入相应值，输入公式“Fn=9.8*m ”代表压力，输入公式“k=F 1/Fn ”，代表摩擦力与压力的比值，得出计算结果（图2-3）；10．从计算结果中看出，摩擦力与压力的比值基本为一常量，说明二者成正比。
点击“绘图”，选择X 轴为“Fn ”，Y 轴为“F 1”，各数据点在坐标系的排列呈线性特征，点击“线性拟合”，发现所有数据点都在拟合线上，且拟合线过原点，同样验证了二者的正比关系（图2-4）；图2-3 计算结果图2-2 求平均值 图2-1 F-t 图线图2-4 坐标显示数据点11．分别改变物块的接触面积、材料、粗糙程度，重复上述实验，总结影响滑动摩擦力的因素。
用DIS测量最大静摩擦力实验设计
用DIS测量最大静摩擦力实验设计摘要：DIS应用于中学物理教学，弥补了传统实验的不足，提高了实验的可视性。
利用DIS实验系统，测量最大静摩擦力，探究影响最大静摩擦力的因素，加深学生对静摩擦力的理解。
关键词：最大静摩擦力；DIS实验；弹簧测力计1问题的提岀2017版《普通高中物理课程标准》提出了物理学科核心素养，其非常重视培养学生的探究性学习及创新能力，提倡教学方法及学习方式的多样化。
并在教学建议中明确指出：“数字实验系统是教育信息化发展的需要，更是学生创新能力培养的重要方法和手段〃〃学校要重视引导教师研究数字实验系统对传统实验的改进方法，研究数字实验系统的教学方式，促进教学手段和方式的现代化〃⑴。
传统实验是学生获取知识最直接的手段和最真实的经验，在学生动手操作能力的培养上起着不可取代的作用。
DIS实验系统简化了实验数据的采集过程，实现了实验数据的即时处理和直观表现，提高了实验的精度和效率，学生用于处理数据的时间大大减少，为探究性实验提供了很好的平台, 便于学生进行探究性实验设计。
最大静摩擦力是司南版必修2第4章第3节摩擦力中的内容，最大静摩擦力是教学中的难点，学生不容易判断出最大静摩擦力出现在什么地方，学生不理解为什么最大静摩擦力比滑动摩擦力大。
司南版教科书对这部分内容的处理是利用弹簧测力计粗测最大静摩擦力（图1）帮助学生形成感性认识，试图让学生了解到最大静摩擦力是物块刚好被拉动的时候的摩擦力。
但教学中发现实验的效果不太明显，通过弹簧测力计只能测量物体做匀速直线运动时受到的摩擦力，最大静摩擦力很难通过弹簧测力计准确得出数值, 学生对最大静摩擦力的学习还不能达到深度地理解。
为此，利用力传感器替代传统实验的弹簧测力计，测量最大静摩擦力，并探究影响最大静摩擦力的因素，加深学生们对最大静摩擦力的理解。
2实验的设计2.1自制静摩擦力演示仪自制实验仪主要有力传感器、数据采集器、计算机、手摇装置、木板以及木块，朗威DISLabB.O系统组成。
用传感器测摩擦力-用DIS研究“影响摩擦力大小的因素”实验设计
用DIS研究“影响摩擦力大小的因素”冀林物理实验中出现的影响甚微的现象或因素，我们往往将之忽略，将其归因为误差，从而得到希望得到的结果。
有时候这些现象或因素可以成为探究性思考的材料，从客观事实的角度理解物理规律的普遍性和局限性，体现了新课程的STS目标（即科学（Science）、技术（Technology）、社会（Society）的研究，其目的是改变科学、技术和社会脱节的状态，使科学技术更好地造福于人类）。
同时在实践中提高了学生观察、思考、分析的能力，抓住学生的兴奋点和创新点，以“知识的发生和形成过程”为一条主线，使学习成为一种乐趣，从而使学生的自主性得以发挥。
利用DIS探究的实验，它相比于传统实验仪器的最大优势在于能够实时的记录实验过程中的数据，通过控制采集数据时间间隔，记录下了实验现象中的细微变化。
笔者发现，教师借助于DIS获得的数据往往只是简单地分析、总结，对于实验过程中出现的与理想情况有出入的部分没能继续深入研究，从而导致其不能充分的发挥应有的作用，浪费了进一步探究的机会。
有时候某些数据的偏差恰好为我们深入的思考提供了非常有价值的材料，现以人教版《普通高中课程标准实验教科书·物理（必修1）》第三章第3节内容“最大静摩擦力”实验为例，进行分析、说明。
1这节内容“演示”部分最后一段提及了用力传感器替代弹簧测力计做最大静摩擦力实验，能够在计算机软件上直接得到拉力变化的图线。
为了方便地进一步分析，现将这个实验过程做如下介绍。
1.1实验装置图：接触面图一1.2实验步骤（1）按照图一连接好装置。
（2）运行软件，用力传感器缓慢的拉动静止在桌面上的重物，使其由静止开始运动。
（3）运动过程中尽量保持匀速。
1.3实验现象：一般可得出下面的图像：（图二）（图二（1）软件界面上出现了拉力随时间的变化情况。
为了使现象更加直观，软件做了以下处理。
①认为实验过程中物体处于动态平衡状态，故把拉力换成了摩擦力。
DIS专用实验五牛顿第二定律
实验五牛顿第二定律实验器材朗威DISLab数据采集器、位移传感器、DISLab力学轨道、DISLab力学轨道小车、滑轮、砝码、细绳、转接器、支架、计算机。
实验装置类似图1-1，但需在轨道一端安装滑轮，并使用吊有砝码的细绳通过滑轮牵引轨道小车（图5-1、图5-2）。
图1-1 实验装置图5-1 用细绳牵引小车图5-2 滑轮的使用实验操作1．将位移传感器接收器固定在轨道的一端，连接到数据采集器第一通道；将位移传感器发射器固定到小车上。
2．进行摩擦力平衡调整。
步骤如下：a ．点击教材专用软件主界面上的实验条目“从v-t 图求加速度”，打开该软件；b ．将小车放到斜面上，打开位移传感器发射器电源开关，点击“开始记录”，释放小车；c ．调节轨道的倾角，用实验三的方法测量小车的加速度。
当加速度接近零时，可以认为小车重力沿斜面的分力已与小车和轨道之间的摩擦力平衡，见图5-3。
3．返回教材专用软件主界面，点击实验条目“牛顿第二定律”，打开该软件。
4．将细绳的一端拴在小车上，另一端通过滑轮拴在放有砝码的小桶上。
5．在窗口下方的表格内输入小车的质量及拉力数值（砝码重量＋小桶重量）。
6．将小车放到轨道上，打开位移传感器发射器电源开关，点击“开始记录”，释放小车，使小车在砝码的拉动下开始运动。
待小车停止运动，点击“停止记录”。
7．拖动窗口下方的滚动条，将实验获得的v-t 图线置于显示区域中间，点击“选择区域”，选择需要研究的一段v-t 图线。
8．软件窗口下方的表格中自动显示该段v-t 图线对应的加速度（图5-4）。
9．保持小车质量不变，改变拉力，重复步骤5、6，可得到另几组数据（图5-5）。
10．点击“a-F 图像”按钮，即得到加速度与拉力关系图线（图5-6）。
图5-3 平衡摩擦力 图5-4 研究区域内v-t 图线对应的加速度 图5-5 质量不变，改变拉力测得实验数据11．保持拉力不变，改变运动小车的质量，重复步骤5、6，得到另几组数据（图5-7）。
【高中物理DIS通用实验】实验52：物体动能的大小
实验五十二物体动能的大小实验器材朗威DISLab数据采集器、光电门传感器、DISLab力学轨道、轨道小车、挡光片、配重片、摩擦块、计算机。
实验装置如图10-1。
图10-1 动能大小的比较实验装置图实验操作1．将轨道调平，把挡光片固定在轨道小车上。
测量出小车（连同挡光片）的质量m及挡光片的宽度Δs。
2．将光电门传感器固定在轨道上，连接到数据采集器的第一通道。
3．遵照以下原则放置摩擦块：当挡光片的后沿刚挡光刚通过光电门传感器（透光孔）时，摩擦块即与滑块相碰。
4．点击教材专用软件主界面上的实验条目“动能大小的比较”，打开该软件（图10-2）。
选择s与m、v的关系式，以确定横坐标，从而确定基于实验数据的计算结果对应的数据点在坐标系内的排列方式图10-2 动能大小的比较实验界面图5．将小车（连同挡光片）的质量m及挡光片的宽度Δs填入软件窗口下方对应的表格中。
6．点击“开始记录”，推动小车沿轨道运动。
当小车经过光电门传感器时，即测得小车的速度。
与此同时，滑块推动摩擦块运动。
7．摩擦块停止运动后，测量出摩擦块的位移s，将数据填入软件窗口下方对应的表格中。
8．改变小车的质量（增加配重片）或运动速度（改变外力），重复实验，得到多组数据，如图10-3。
图10-3 改变滑块质量或速度得到数据9．点击“选择s与m、v的关系”窗口，弹出的下拉菜单中包含s与m、v的八个关系式。
任选其一，点击“绘图”，即得出位移s与该关系式对应的数据点分布图。
图10-4～图10-6分别为选择不同的关系式得到的数据点分布图。
图10-4 选定“S~m2×v2”图10-5 选定“S~m×v”图10-6 选定“S~m×v2”10．观察和比较上述数据点分布图的特征，可见只有选择了“mv2”之后，对应的数据点才具有明显的线性特征（图10-6）。
说明动能大小与m、v的关系可表达为“E∝mv2”。
11．讨论本次实验应用的方法，归纳“数据-图线（数据点分布图）”之间的关系及形成上述推断的依据。