第一章D 现代实验技术——数字化信息系统（DIS）教学建议
（一）学习目标
1．知道数字化信息系统（DIS），会用DIS测量运动物体的位移、平均速度和瞬时速度。
2．通过实验探究，学会利用DIS应用软件测定位移和平均速度，并经历探究瞬时速度的测量过程。
3．初步体验信息技术在物理测量中的优点，感悟其应用价值。
（二）重点和难点
本节重点是测定运动物体的位移、平均速度和瞬时速度。
本节难点是对DIS的认识与初步学会操作方法。
（三）教学建议
从本节课开始，学生将要较多地使用DIS做实验。本节课将向学生简要介绍DIS，并做一些实验。
《课程标准》指出，物理课程必须与信息技术整合，构筑信息平台，建立数字化信息系统实验室。物理教材要适应信息时代的变革，整合物理教学与信息技术，及时构建信息技术平台。在实验教学中，除了用传统的手段和方法采集、处理实验数据外，还要采用新的数字化实验技术，从而开阔学生进行实验探究的视野。
本节建议2课时，（1）、（2）两项安排在第1课时；（3）、（4）两项安排在第2课时。
1．本节教材编写的结构
教材的结构是：
（1）引入DIS——用数字化测距仪测距与普通测距方法对比。
（2）介绍和练习使用DIS——①介绍部分：名称释义、系统组成、使用方法、传感器简要原理。②练习部分：测定传感器测量范围（学生操作）。
（3）用DIS测位移和平均速度——先测位置（描点），再拟合成曲线（即s－t图），最后求各段平均速度（学生操作）。
（4）用DIS测瞬时速度——先用光电门测较短位移平均速度；再测更短，乃至极短位移平均速度；最后推知瞬时速度（学生操作）。
2．关于引入部分的说明
教材中图1—27设置的是用超声波测距仪替代皮尺丈量房间的情景，这不仅是技术进步的体现，也提供了让学生学会使用现代测量工具的一个范例，可让学生参与操作。这里也可以运用网络提供的资源和交流信息的优势，浏览现代测量工具替代传统测量工具的实例，以了解信息化对测量工具现代化的促进作用。
3．关于介绍DIS的教学建议
在介绍DIS时可以指出教材中应用DIS各类传感器设计的学生实验和演示实验有22个：所涉及的各类传感器的功能将在以后相关实验中介绍。
学生已经在生活、娱乐中感受到无处不在的信息技术，在说明DIS重要意义时，应让学生进一步了解到，在学习中也离不开信息技术。这种全方位身临信息化的环境，不仅是适应现代生活的能力培养，也为学生将来服务于社会时，适应信息化环境打下基础。
4．关于练习使用DIS的实验
在练习使用DIS时，由于位移传感器是DIS研究物体位移和运动的主要器件，学生第一次接触不仅陌生而且兴奋，教学时可引导学生多“玩”一会儿。
5．关于位移传感器原理的教学建议
在“点击”中介绍位移传感器原理时，可以说明位移传感器利用声速计算发射器和接收器之间的距离（红外线传播时间可以忽略）。声速随温度会发生变化，是系统误差产生的主要原因。
位移传感器有几种不同类型，DIS选用盲区（最小测量距离）较小的分体式位移传感器。
应让学生体会到，在DIS实验中，由于数据的采集、处理和图像描绘可实时进行，学生可以从读记数据和图线描绘等繁琐费时的简单劳动中解放出来。因为“实时”，有利于真正理解数据的意义，还可以改变实验条件，对物理现象进行更深入的讨论和研究。这种用传统方式想实现而难以实现的物理研究方法，因DIS的引入而变得方便和可能。所以DIS十分有利于学习方式的变革和优化。
6．关于学生实验“用DIS测定位移”的教学建议
用DIS测定位移的实验中，位移传感器是DIS研究运动的主要器件，学生在“练习使用DIS”中已有所接触。为了使学生能理解位移传感器描述Pf图的功能，软件在设计上把“图像通常是根据实验测定的数据点得出的”这一过程表现出来。教学中应强调“数据点”和“图像”的关联，并指出：根据实验数据得出图像，图像反映物理规律，这是通过实验来探求自然规律的一条重要的基本途径。
7．关于测定“平均速度”实验的教学建议
在测定变速运动的平均速度时，要点击“选择区域”。
“选择区域”是物理实验中常用的数据处理方式，它强调了图像中不同区域对应的时间与位移，使取样更切合实验所提出的要求。根据实验要求选取研究区域，是正确使用图像工具的基本方法。
点击“选择区域”后，两点问的水平间隔为时间变化量Δt，竖直间隔为位移变化量Δs，直线的斜率Δs/Δt 即为速度值。
在本实验中，学生会体会到不同位移、不同时间中的平均速度往往是不同的。
8．关于测定“瞬时速度”实验的教学建议
为了对“某位置的瞬时速度就是无限逼近该位置附近位移内的平均速度”有进一步的理解，教材在这里安排了一个实验。实验在器材和方法上都是传统的，只是在数据采集方式上采用了精度较高（0.1ms）的光电门传感器。为了设置简单，又便于学生理解，采用一个光电门传感器。用改变挡光片的宽度来改变△s。从△s的逐次变窄，来获得平均速度的实验数据。分析数据的趋势，得出瞬时速度的概念。这里虽然没有从平均速度取极限过渡到瞬时速度，但在实际操作（手工换插不同宽度的挡光片）的方式和过程中都渗透着极限的概念。
从理论上讲，挡光片的宽度Δs越窄，平均速度v＝Δs/Δt 越接近瞬时速度，但实际上当Δs变窄时，挡光时间△t也相应变小，如Δt过小，由于光电门传感器本身存在的误差，Δt的误差所占的相对比例增加而导致测量误差的增大。本实验选用的光电门传感器的Δs宜采用20～100mm的挡光片来测定瞬时速度。实验中挡光片的默认值，就是出于这种考虑而设定的。
（四）作业说明
本节共有练习题10道。建议其中第1、2、3、5、6题可用于第1课时，其余用于第2课时。
参考答案如下：
A组
1．略
2．略
3．可参照练习部分中图1—27连接
4．图像反映了小车的位移和时间的关系。点击“选择区域”，取时间轴上时间问隔Δt，位移轴对应的位移变化量Δs，其比值s/t即为其平均速度
5．略
6．略
7．略
B组
8．靠近 小车停止运动 0.2
9．（1）AB：0.70m/s CD：0.44m/s CE： 0.56m/s CF：0.70m/s （2）AB：匀速运动 CF：变速运动 平均速度相同（都是0.70m/s），差异是瞬时速度不同（vCD＜0.70m/s，vEF＞0.70m/s） （3）CD段平均速度较接近C点瞬时速度 缩小CD的时间间隔
10．A、B、C、D、F、J
文件下载（已下载 1259 次）发布时间：2009/9/28 上午8:28:05 阅读次数：7853
