D 现代实验技术——数字化信息系统（DIS）

人们在搬迁至新居时常常要丈量房间的面积。过去一般用皮尺量出长和宽，再计算出面积。如果要测量高度，有时还得用梯子。

现在，人们常使用一种超声波测距仪，将它靠在墙上，对准对面的墙壁，揿下按钮，屏幕上立刻就能最示所测距离的数值。一旦长与宽测量完毕，面积也就立即显示出来。测量高度时，只要将测距仪放在地面就行了。一般测距仪的测量值通常可以精确到1cm。

这种超声波测距仪实际上是应用了数字化信息技术。测距仪能发射超声波和接收反射的超声波，经过检测处理来实现测量，它集探测、记录、运算、显示于一体。

数字化信息系统强大的数据处理能力及实时显示功能，给物理量的测量带来了重大变化。

下面简单介绍如何用数字化信息系统技术做物理实验。

什么是数字化信息系统（DIS）？

利用现代信息技术进行的实验，叫做DIS实验，“DIS”是英文“Digital Information System”的缩写。在物理学中有许多物理量，如距离、位移、力、速度、温度、压强、电压、电流等，都可以用DIS进行测量。

1．DIS实验

DIS是我们对数字化信息系统的简称，它是运用现代信息技术进行学习的一种手段。

任何测量都有三个组成部分，如图1-28所示。

从丈量房间的例子可以看出，现代测量技术减少了主观判断引起的误差，而且更方便、更准确。当然，这种准确度有赖干仪器本身的精确程度。在高中物理的学习过程中，将经常用它来进行实验探究。

在这里，我们将首次学习DIS，下面介绍一种DIS的主要器件。

DIS的基本结构是什么？

【系统框图】

研究对象——传感器→数据采集器→计算机

【主要器件】

（1）传感器。可以测量力、位移、温度、光、电压、电流等各种物理量，并将物理量转化成相应的电信号。

（2）数据采集器。将传感器采集到的各种电信号进行处理后输入计算机。

（3）计算机。将数据采集器输入的信号（实验数据），通过应用软件进行分析处理，并以多种形式实时显示在计算机的屏幕上。

2．DIS的基本结构

DIS由传感器数据采集器和计算机组成（图1-29）

怎样使用DIS？

DIS是高中物理实验中常用的仪器。下面以DIS位移传感器为例，熟悉它的使用方法，图1-30表示用位移传感器测直线距离的情形。

3．练习使用DIS

用DIS位移传感器测量距离。

【操作步骤】

1．连接数据采集器与计算机，将位移传感器的接收器接入数据采集器

2．开启电源（包括位移传感器的发射器电源），运行DIS应用软件。

3．点击DIS“实验条目”中的“练习使用DIS”，界面如图1-31所示。

4．将位移传感器的发射器与接收器正对放置，点击“开始记录”，观察计算机界面上的数据变化，并与刻度尺的测量结果进行比较。

5．改变接收器和发射器的相对距离，测量其可测的最大距离、最小距离，并将实验结果填入表1内。

点击

位移传感器测距离的原理

如图1-32（a）所示，位移传感器由发射器和接收器组成，发射器内装有红外线和超声波发射器；接收器内装有红外线和超声波接收器。如图1-32（b）所示，测量时，固定在被测运动物体上的发射器向接收器同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲，接收器收到红外线脉冲时开始计时t₁，收到超声波脉冲时停止计时t₂，计算机根据两者的时差Δt和空气中的声速，计算出发射器和接收器之间的距离（红外线传播时间可以忽略）。犹如雷雨时根据闪电和雷声的时差来计算雷电发生处的距离一样，脉冲的不断发射就可以对运动物体进行跟踪定位。

怎样使用DIS研究变速直线运动的s-t图？

4．用DIS研究变速直线运动的s-t图

学生实验

用DIS测定位移和速度

【实验目的】

研究变速直线运动物体的s-t图，并从中求物体的位移和速度。

【实验器材】

小车，1m长的轨道、DIS（位移传感器、数据采集器、计算机等）。

【实验结论】

_________________________________________________________。

探索研究（DIS实验）

在初中我们已经学会根据运动物体位移和时间的关系画出它的s-t图。现在我们用DIS位移传感器研究变速直线运动的s-t图。

【实验过程】

1．实验装置如图1-33所示，将位移传感器的发射器固定在小车上，接收器固定在轨道右端（轨道稍倾斜，使小车能做变速直线运动），将接收器与数据采集器相连，连接数据采集器与计算机。

2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定位移和速度”，界面如图1-34所示。

3．点击“开始记录”，放开小车使其运动。计算机界面的表格内，将出现小车的位移随时间变化的取样点数据，同时在s-t图中将出现对应的数据点，如图1-35所示。从点的走向可大致看出小车位移随时间变化的规律。点击“数据点连线”得到位移随时间变化的曲线。

怎样用DIS测变速直线运动的平均速度？

5．用DIS测变速直线运动的平均速度

按照前述学生实验的步骤，使载有位移传感器发射器的小车做变速直线运动，获得如图1-36所示的s-t图。

点击“选择区域”，先后将AD、AC、AB选定为研究区域，观察实验界面下方速度窗口中显示的数值，并将数值填入表2，这就是相应区域的平均速度。

从上述实验数据中，你能得出什么结论？

瞬时速度如何测定？

6．用DIS测变速直线运动的瞬时速度

【实验过程】

1．实验装置如图1-37所示，在小车的中心位置上固定挡光片，将光电门传感器固定在轨道侧面，垫高轨道的一端，使固定有挡光片的小车能够顺利通过并能挡光。

2．开启电源，运行DIS应用软件，点击“实验条目”中的“用DIS测定瞬时速度”，界面如图1-38。

3．点击“开始记录”，依次将与软件中Δs对应的挡光片固定在小车上，让小车从轨道的同一位置由静止开始下滑，记录下四次挡光的时闻，DIS实时计算出小车通过光电门时的平均速度。把软件界面上的数据填入图1-38所示的界面空格中。

从实验数据分析可知，挡光片的宽度逐渐减小时，测得的速度值越来越趋近于小车经过挡光片所在位置的瞬时速度。

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光电门传感器

光电门传感器为门式结构，如图1-39所示。A管发射红外线，B管接收红外线。A、B之间无挡光物体时，电路断开；有物体挡光时，电路接通。计算机根据挡光物体的宽度和挡光时间，自动算出物体的运动速度。

发布时间：2015/9/1 下午9:13:33  阅读次数：5265