DIS物理实验演示与操作

原
电压
因
C B
A
电流
利用三个界面，同时观察 物理量的小灯变瞬化间过点亮程，。对灯丝的冲击
5、观察电容充放电现象
电学 源生
off
电 压
传
感
器
多量程电流传感器 20mA
点击下拉菜单， 选择200
拨动开关
6、研究通电螺线管的磁感应强度
实验装置
U＜6V
磁传感器
10Ω
• 螺线管串接10Ω 电阻器接入稳定
DIS 实验 演示与操作
宋庆一 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股份有限公司
实验列表
1、运动物体的位移、速度、加速度 2、牛顿第三定律；超重与失重 3、平抛运动 4、小灯泡的伏安特性曲线 5、通电螺线管的磁场分布 6、电容充放电 7、利用微电流传感器探究电磁感应现象 8、玻意尔定律 9、摩擦生热；压缩气体做功使温度升高 10、法拉第电磁感应定律 11、机械能守恒定律 12、向心力研究
微电流传感器
8、法拉第电磁感应
法拉第电磁感应定律实验器Ⅰ
动生感应电动势
E BLV
智能电源+法拉第电磁感应定律实验器Ⅱ
感生感应电动势
E t
研制的装置
• 由不同高度下落，利
用光电门测得速度v
• 电压传感器测得对应 的电动势 E
• 图线显示 E和 v 的正 比关系。
挡光片
电压传感器： 测量电动势
通道序号、类别、物理量量程及单位
点击进入组合 图线窗口
点击选择图线2 通过拟合图线方程读出 斜率，即加速度a
点击拟点点合击击按线拟其键性合他，拟，处选合选理择择，拟选合择方求程导 点击选择区域按键，选择有效区域
2、牛顿第三定律
注意： 不要超出20N！
两手各握一只 力传感器，保持两 传感器处于同一平 面，以不同的力轻 拉传感器。
螺线管
B－t 图
测量磁感应强度
螺线管的电流变化时， 改变螺线管内中部的的电磁流感强度也
发生变化。
实时实验 2： 磁感强度均匀变化时，感应电动势恒定。
调节电源，改变原 线圈的磁感应强度。
原线圈副线圈
测量磁感应强度
测量副线圈的 改变原线圈的磁 感应电动势 感应强度。
可调电源
智能电源
法拉第电磁感应定 律实验器Ⅱ
的直流电源（电
压小于6V）。
• 传感器使用前需
预热3分钟。
传感器的作用： 测量磁场的强度
调节电源的正负极， 螺线管不通电的情
使磁传感器的读数为 况下，传感器调零。
正值。
人工输入：测量距离
磁感强度测量值
实验步骤
螺线管
磁传感器
传感器的“0”刻度线与螺线管对齐。 以每次0.5厘米的间隔推入螺线管内部， 并点击“记录数据” 。
研究：E
=
Δφ Δt
研究：E∝
ΔB
Δt
磁感应强度变化与感应电动势
磁感强度不变
磁感强度均匀增加
磁感强度均匀减小
磁感应强度 感应电动势
电动势恒定
电动势为0
磁感不变 为0
教学： 感应电动势的大小与磁感强度的变 化快慢直接相关。 当磁感强度均匀变化时，感应电动 势恒定。
电动势恒定
实时实验 1： 观察磁场的变化
击“记录数据”，记录不同电流以及对应的电压 值 。额定电流较大的小灯泡，间隔可相应增大。
间隔0.02A
• 点击“数据计算”，计 算出小灯泡电阻的大小。
• 点击“绘图”，显示电 压与电流的关系图线 。
对应的小灯泡依次为： 6.3V0.15A 6.3V0.42A 6V5W
通用软件测 U – I 曲线
U
I
R
0.40 0.18 2.22
U
1.20 0.34 3.53
1.60 0.38 4.21
2.40 0.44 5.45
I
3.20 0.50 6.40
4.00 0.55 7.27
4.80 0.60 8.00
电阻值随电压升高而增大
实验中的怪现象
电压
快速拨动滑动变阻器，
？ 瞬间改变电路电流。
电流
分别显示电压、电流
斜率K=
ΔB
Δt
与磁感应强度的变化率成正比
9、一定质量气体的压强与体积的关系
实验步骤: 置于15毫升处
15毫升
1、手不要接触，以 免温度影响。 2、缓慢压缩，以免 引起温度上升。
传感器的作用： 测量压强的变化
软管的容积，加上传感器内部空腔的容积约为1毫升
1毫升
点击数据表格图标
点击此按键
点击，输入“v”
均匀的磁场
点击“绘图”，显示螺线管 内部磁场强度分布图线 。
6V电压 3V电压
线圈匝数不变，不同 电压所对应的磁感强度。
间隔为1厘米， 图线不圆滑。
不要点击“清屏”。 清除表格中的全部数据，重新实验， 可得到另一条图线。
中心抽头
200匝 100匝
螺线管的外侧
使用螺线管的中心抽头，研究电流不变 (0.5A)时，不同匝数所对应的磁感强度。
d
压电陶瓷片
实验特色： 通过测量小球的初速度、飞行时间、落地距 离等数据研究平抛运动
二维运动实验系统特色：
能够实时描绘运动物体的轨迹
能够实时记录下运动物体在平面 坐标系内的坐标
能够对坐标值进行数据处理，数 学分析，完成实验教学
二维运动传感器
接收器
发射器
接收头R1
接收头R2
同时接收超声波信号
ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
按固定间隔，发射 超声波信号。
E
和
ΔB
Δt
的关系
磁感强度变化率 K
K1
K2
K3 K4 K5
E 和 K=
ΔB
Δt
存在什么关系？
感应电动势E
E1
E2
E3 E4 E5
K1＜K2＜K3 ＜K4 ＜K5 磁感强度变化率 K 越大； E1＜E2＜E3＜ E4 ＜ E5 感应电动势 E 也越大；
研究
E
和
ΔB
Δt
的关系
电动势E
E∝
ΔB
Δt
实验显示：感应电动势
电视机工作时的电磁波
电视节目信号
调整频道的过程
视频无信号
电视机的电磁波
21英寸电视机背面隔墙信号
计算机泄漏的电磁波
计算机工作时不断将各 种信息（键盘操作、文字、 图像、声音等），通过电 磁波向空间散布。
从安全的角度，这就是 信息的泄漏。只要使用特 殊的接收手段，就可以全 盘接收这些信息。
打开软件
·
软件的安装
将朗威®DISLab软件 光盘放入计算机光 驱，计算机将自动 运行光盘，首先弹 出欢迎界面，选择 完安装路径后，安 装程序将启动。安 装完毕后将在桌面 自动生成快捷方式 的图标。
数据采集器驱动程序安装
• 如果计算机的USB口首次接入数据采集器， 会自动安装采集器的驱动程序
• 驱动程序安装完毕后，数据采集器红色的工作指 示灯发亮，蓝色的指示灯出现闪烁，表示采集器 已正常工作，可随时接入传感器接进行实验。
接收器连接 采集器
电源开关
位移传感器
发射器
接收器
连接采集器
• 传感器的作用：测量小车运动的距离。 • 实验完毕，注意关闭电源。
注 意：
1、手不要进入发射器与接收器之间， 以免影响信号传输。
2、各组实验可能会有干扰。
3、避免气流扰动（空调、电风扇、 气垫导轨等）。
接入传感器后，自动弹出该传感器对应的窗口。 传感器窗口标题栏显示出了该传感器所属的数据
直流电压调节旋钮 电源开交关直流转换档 电压输出接口
交流电压调节旋钮
可调节输出 电压信号的 上升斜率
可调节输出 电压信号的 下降斜率
点击“模式”按键， 可选择输出梯形 波、三角波、斜 率连续变化的锯 齿波及手动改变 电压等模式。
点击“运行” 输出之前 选择的波形
实时测量感应电动势
t1
t2 磁感不变 t3 t4
磁感强度均匀增加
磁感强度均匀减小
B－t 图 改变磁感强度的变化率 K， 感应电动势 E 将会如何？
E－t 图
电动势为 0
正向感应电动势 前后两段大时小间恒的定B 变化大小相同，
△t 越小，产生的 E 越大。
图线充分说明：感应电动势的大小 反向感应电动势 与磁感应强度的变化快慢有关。 大小恒定
实验
3：研究
电动势E
速度v
S
磁铁
实验显示： 感应电动势与速度成正比
200匝
2、研究：
E=B l v
改变线圈的匝数
改变线圈匝数，重复实验， 完成另两组测量。
比较三组数据，研究电动 势与线圈匝数的关系。
改变匝数
改变线圈的匝数 300匝 重复实验
200匝
实
100匝
验
感应电动势与导体长度的关系
实验显示：
取同一速度
三角定位算法
Y
分别测量发射器到 两个接收头R1 、R2的 距离L1、L2。
接收器
{ R1（x1，y1）
L12=(X－X1)2+(Y－Y1)2 L22=(X－X2)2+(Y－Y2)2
R2（x2，y2）
L1
L2
T（x，y）
发射器
0
X
接收器
二维运动 传感器
发射器
对应的实验数据
实测图像
改变采集频率
点击Y，显示 竖直方向的分 运动
关闭软件
登陆网页
敲击键盘
手机发射与接收
GSM手机
CDMA手机
静音接收 0.62μA
将扬声器当传感器使用
吹气
手机发射 手机接收
声响
连接微电流传感器
用小线圈测电磁波
微电流传感器的用途 非常广。
可以通过适当方式， 将需要测量的微弱信号 转变为电学量，手从（机静音而的、无电间振磁动）波 接地检测各种非电信号。
2、数据采集器
采集器有4个 通道，可以同 步采集、处理 和显示数据。
多数据并行测量
接入传感器
数据采集器可通过接插有线或无线模块改变与 传感器的通讯方式，可实现四路无线采集
使用无线连接时，无线发射模块蓝灯常亮表示电源接通， 闪烁表示通讯正常。每只无线接收只能与其配对的四只无 线发射模块通讯。
数据采集器的连接
产生浪涌电流的原因：
灯丝的冷电阻很小，当
电压
电压瞬间升高时，灯丝的
升温需要有一个过程，在
这一瞬间通过灯丝的电流
很大，这就是浪涌电流；
浪涌电流 随即灯丝温度急剧上升，
电流
如何形成的？电落阻。增大，电流也相应回
浪涌电流对电灯有害。
寻
灯丝电压（电阻增大，电压上
升）
（若电阻不变）
找
形
成 的
（若电阻不变）
灯丝电流（电阻增大，电流 A B C下降）
点击X，显示 水平方向的分 运动
二次函数拟合
求加速度
4、小灯泡U-I曲线描绘
小灯泡U-I曲线描绘
使用电流、电压传感器
电路连接
电流传感器
电压传感器 灯
滑动电阻器
实验步骤
• 点击“开始记录” 和“传感器调零” 。 • 接通电源，点击“记录数据”，将一组电压、电
流值记录在软件的表格中。 • 以适当的电流间隔，改变小灯泡的电流，同时点
1、测定位移、速度和加速度
车轮置于 导槽内
铜螺母置于 导向槽内
力学轨道系统可应用于牛顿第二定律、运动物体的位移与速度、 变力作用下的动量定理、阻尼振动、瞬时速度测定、受迫振动等
研究变速直线运动的 s－t 图
采集器连接 计算机
导轨
发射器
位小移车传感器
位移传感器的发射器固定在小车上， 接收器固定在轨道一端。
感应电动势与匝数成正比
E=B l v
300匝 200匝 100匝
电动势之比
1：2：3
另一种实验方法： 改变磁感应强度，产生感应电动势。
由于磁通量φ的大小无法直接测量，
但可以利用磁传感器测量磁感应强度B。
将测量φ的变化快慢，转变为测量B的
变化快慢。这样既不影响对物理本质的 理解，同时又具有可操作性。
拉力
单只传感器 的受力图线
压力
图线向上延伸表示拉力增大， 向下回落表示拉力减少，而越过 横坐标向下延伸表示压力增大。
力的相互作用
点击实验图线， 调出垂直于时间轴 的选取线，水平拖 动该线，可在窗口 中观察到该时刻对 应的两个力传感器 的读数。
比较实验过程中，同一时刻两个力传感器的 读数，可见两个力传感器读数基本相同。
光电门： 测量线圈下落 的速度
线圈 磁铁
实验过程：
1、研究：
E=B l v
电动势E
测量光下电落门速度v挡光片
200匝
电压传感器 测量感应电动势
速度v
测量速度的同时， 导体切割磁场，
产生感应电动势E
S
磁力线
磁铁
改变线圈的下落高度
匝数一定时，多 次改变线圈的下落 速度，研究电动势 与速度的关系；
实验过程：
点击确定
注射器读数为20ml 但由于软管体积为1ml
所以在此输入21
将注射器拉至20ml位置
点击“点击记录”
推动注射器 读出气体体积
并记录
点击绘图，x轴选择v， y轴选在p1
点击拟合 选择“反比拟合”
通过反比拟合验证p和v成反比 通过表格数据同样可以完成验证
点击此按键
此处输入K 此处输入p1*v
拉力 、压力 和撞击
推力
拉力
撞击
超重和失重
手持挂有重物的力 传感器，沿垂直方向 快速运动。
选用质量较大的物 体（如8N），可以充 分展示图线的特征， 但不要超过10N。
实验界面
上升阶段的超重
下降阶段的超重
上升阶段的失重
下降阶段的失重
3、平抛运动
平抛运动实验器
二维平抛运动实验器
光电门
平抛运动
实验中的注意事项
霍尔元件通电 后会发热
1、串联10Ω保护电阻。 2、传感器不要长时间滞留在通电的螺线管内，
以免损坏器件。
7、磁通量变化时的感生电流
利用微电流传感器观察地球磁场。转动环形线 圈，随着磁通量的变化，指针会大幅偏转。
测量地球磁场
环形线圈平面与地磁线平行 时转动线圈，产生的感生电流 强度较大。