DIS实验与传统实验比较的实践研究

DIS与目前的高科技相联系， 为中学物理教学增添了一种先进的实验手段，特别是实时记录功能更是显示了其独特的优越性.传统实验所用的实验器材来自日常生活中的坛坛罐罐，取材容易，原理清楚，效果明显.DIS实验与传统实验各有利弊.那么，DIS实验的优点具体有哪些体现，DIS实验存在着哪些不尽人意之处呢？下面通过具体的案例来比较DIS实验与传统实验的优缺点.

1 DIS实验系统的优点

1.1 体积小，简单易操作

案例1 摇绳发电

实验背景

“摇绳发电”是人教版物理教材（选修3—4）中“探究电磁感应产生的条件”教学内容 “做一做”中的实验.如图1所示，由于地球周围存在着磁场，当导线切割磁感线时，产生感应电动势.若导线形成闭合回路，便在电路中形成感应电流.在实际的教学过程中，往往将“跳绳发电”实验作为“探究电磁感应产生的条件”这堂新课的引入实验，以引发学生的学习兴趣.

传统实验过程

如图2、图3所示，将周长是120m左右的导线绕成9匝，每匝周长约为13m， 将9匝导线用细绳固定起来，导线的两端分别与灵敏电流计相连.两个同学快速摇动导线，在灵敏电流计上观察到指针的偏转.

DIS实验过程

如图4所示，将一段长3米左右的导线的两端分别穿过普通跳绳的两个手柄后，再分别与微电流传感器相连，微电流传感器与数据采集器相连（如图5所示），当学生手握跳绳的两个手柄“跳绳”时，由于“绳”在切割磁场，故在计算机的显示屏上出现了如图6所示的“电流—时间”图象.由图象可得，摇绳发电的电流的最大值在1 mA左右.

传统方式与DIS方式的比较

1.2 步骤省，快速得到结果

案例2 测电源的电动势和内阻

实验背景

用伏安法测电源的电动势与内阻是电学部分的一个重要的实验.由闭合电路欧姆定律：E=U+Ir可知，通过路端电压U和总电流I的多组测量值.如图7所示，分别用电压传感器与电流传感器测出路端电压与电流，利用DIS自带的

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传统实验过程

如图8所示，学生在实验的过程中，通过调节接入电路当中的滑动变阻器的阻值，进而改变电路当中的电流，分别记录不同的电流与路端电压，根据这些数据在作出U—I图象，进而来确定电源的电动势与内阻.

DIS实验过程

（1）如图9所示，连接电路.

（2）将滑动变阻器电阻调到最大处，闭合电键.

（3）将软件的采样设置为“按点采样”，当滑动变阻器接入电路中不同的电阻时，分别获取不同的电压与电流的值，在计算机屏上显示出来，如图10.

（4）如图11所示，对图形上的离散点进行线性拟合，获得一条拟合直线，直线的截距即为电动势，斜率即为电源的内阻.

实验结果：电动势的电动势为1.37 V，内阻为1.8 V.

传统方式与DIS方式的比较

在传统方式中，学生在完成实验的过程中，所需要经历的实验步骤有：实验操作—读取实验数据—记录实验数据—作图法分析实验数据—得出实验结果.DIS方式中学生所经历的实验步骤有：实验操作—软件操作（包括读取实验数据、记录实验数据、作图法分析实验数据）—得出实验结果.可见，从实验步骤而言，DIS方式比较省时，能够快速得到实验结果.

1.3 省时间，避免反复繁琐

案例3 研究弹簧振子的固有周期

实验背景

弹簧振子是“简谐运动”这一部分教学内容中一个重要的模型.弹簧振子的周期是由振子的质量m与弹簧的劲度系数k共同决定的.如果能通过实验进一步证明同一个弹簧振子的周期保持不变，则必将加深学生对弹簧振子的理解.

传统实验过程

（1）如图11所示，将弹簧上端固定，下端悬吊钢球.把钢球从平衡位置向下拉下一段距离A，放手让其运动，A就是振动的振幅.用秒表测出钢球完成n个全振动所用的时间t，t/n就是振动的周期T1.

（2）改变振幅A后，重复实验步骤（1），测得周期T2.

（3）改变振幅A后，重复实验步骤（1），测得周期T3.

（4）比较周期T1、T2、T3、…的大小关系.

实验结论

同一个弹簧振子的周期是固定的，与弹簧振子的振幅无关.

DIS实验过程

（1）如图12，把两个软弹簧、滑块和气垫导轨组成弹簧振子.

（2）静止时，振子处于平衡位置.先将振子拉开较大的距离，使振子作振幅较大的简谐运动，用DIS超声波传感器实时监测滑块的振动，绘制弹簧振子的位移—时间图象，得到如图13所示的位移—时间图象.

（3）减小振子的振幅，得到如图14所示的位移—时间图象.

（4）将上述两个图象粘贴到画图板中，进行适当的平移，得到如图15所示的图象.

实验结果

从图象分析我们非常清楚得出结论：弹簧振子的周期与振幅无关.那么，弹簧振子的周期与哪些因素有关呢？可分别改变振子的质量和换上劲度系数不同的弹簧分别重复上述实验，得到上述不同情况下的位移—时间图象.综上所述，弹簧振子的周期与振子的质量和弹簧的劲度系数有关.