初中物理数字化实验案例 定稿子Word文件下载.docx
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图1-3材料不同的弦振动频率图像
图1-4长度不同的细弦振动频率图像
图1-5不同力度下弦的振动图象
图1-6长度一样材料不同的弦振动图像
图1-7材料一样的情况下声强随紧力的变化图像
须知事项
1、调节琴弦时,应一边慢慢紧,一边轻轻拨,弦线不可太紧;
2、实验时,应用食指轻拨琴弦,不可硬拉琴弦,以免损坏琴弦。
实验二水凝固与冰熔化
观察水凝固、冰熔化的现象以与分析其规律。
水温持续下降后,水会发生凝固现象,冰周围温度持续升高后,冰会发生熔化现象。
计算机,数据采集器,数据线,温度传感器,水凝固与冰熔化实验器,水槽,冰块,清水,注射器配胶管。
图2-1实验装置图
1、按实验装置图搭建实验平台,在水槽放入冰块和冷水,通电实验前,利用注射器通过面板上的小孔可向水槽中注水,使水面距离水槽口约5mm至10mm;
2、向小瓶子中注入水,装入小瓶子的水不要超过小瓶容积的一半,将温度传感器的探头穿过橡皮塞插入到水中;
3、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击快速实验在单坐标系上建立“温度--时间〞的坐标关系,设置采集时间“1小时〞,采集间隔“500ms〞;
4、点击开始采集数据,将实验器接通电源,制冰器开始制冰,观察小瓶子中水的物态变化,待小瓶子中的水完全凝固成冰后,切断实验器电源,使其自然升温,观察此过程中水的物态变化和软件上温度数据的变化,待冰完全熔化成水,水的温度回复到初始温度之后,点击停止采集;
5、采集完成后完毕实验,进展分析。
图2-2温度--时间变化曲线
从图2-2可以看出,在制冷器的作用下,小瓶子中的水在凝固成冰的过程中,温度持续降低,当温度低于4℃,温度降低的速度变慢。
在小瓶子里的冰自然升温过程中,温度先快速升高,达到0℃时,温度变化速度变慢,当温度为4℃左右时,小瓶子呈现冰水混合状态,待吸热一段时间后,冰完全熔化成水,温度慢慢的回复至室温。
通过本实验可以知道:
冰是晶体;
现实生活中,冰水混合物的温度不一定是0℃。
试一试
如果在水槽中参加冰块,对实验效果又会产生怎样的影响?
实验三红光外侧的热效应
探测红光外侧的热效应并分析其规律。
红外线具有热效应的特点。
计算机,数据采集器,快速温度传感器,数据线,红光外侧的热效应实验器,带灯座板射灯。
图3-1实验装置图
1、按实验装置图搭建实验平台,调节好三棱镜角度以与光屏位置,使色散后的彩色光斑明显;
2、将快速温度传感器的探头插入光屏中间缝隙中并固定好,使之恰好位于红外线一侧;
3、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击快速实验自动建立“温度--时间〞的坐标关系,设置采集时间“5min〞,采集间隔“100ms〞;
4、点击开始采集数据,打开光源,观察温度变化曲线;
5、采集完成后点击完毕实验,进展分析。
图3-2温度与时间变化曲线
1、通电实验前,应将灯头调节水平。
通电实验过程中,不可用手碰触灯头,以免烫伤;
2、改变三棱镜、光屏位置,调整色斑为最清晰后,再将温度传感器探头插入光屏后进展测量。
实验四凸透镜的会聚作用
观察凸透镜的会聚现象以与分析其规律和作用。
平行于凸透镜主光轴的光线通过凸透镜后,将向凸透镜光轴上的焦点会聚。
计算机,数据采集器,数据线,温度传感器,凸透镜的会聚作用实验器,带灯座板射灯等。
图4-1实验装置图
1、按实验装置图搭建实验平台,将温度传感器插入光屏上的探头插孔,并旋紧蝶形螺母,调节凸透镜和温度传感器探头在同一水平面上;
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击快速实验自动建立“温度--时间〞的坐标关系,设置采集时间“10min〞,采集间隔“100ms〞;
3、点击开始采集数据;
4、采集完成后点击停止按钮完毕实验,进展分析。
图4-2温度与时间变化曲线
从图4-2可以看出,通过凸透镜的会聚作用,温度传感器测得会聚光斑处的温度持续升高。
2、改变光屏位置,调整光斑为最小后,再将温度传感器探头插入光屏后进展测量。
实验五气泡的运动规律
观察分析水泡在管中的运动规律。
水泡在管中受力而向上运动。
计算机,数据采集器,数据线,位移传感器,气泡的运动规律实验器,铁架台,清水,注射器配胶管等。
图5-1实验装置图
1、按实验装置图搭建实验平台,将20ml注射器活塞向外拉至15ml左右;
2、用50ml的注射器往透明管中加水直到水位上升至透明管上边缘3cm处停止注水;
3、打开实验系统软件,选择,点击新建实验进入实验平台,点击快速实验在单坐标系上建立“位移--时间〞的坐标关系,设置采集时间“1min〞,采集间隔“50ms〞;
4、将滑动板先竖直向上拉起约5cm静止,点击开始按钮,再轻轻推动20ml注射器活塞直到产生一个完整的大气泡,待气泡运动到滑动板底端时拉动滑动板让气泡和滑动板保持一致运动到顶端,点击停止按钮保存并分析实验结果。
图5-2实验结果图
从实验结果图可看出,气泡运动为匀速上升。
1、注射器接入透明管装水后,不漏水;
2、拉动滑动板时一定要竖直向,滑动板和气泡运动要保持一致。
实验六探测物体的运动速度
利用光栅板和光电门探测物体的运动速度。
图6-1图6-2
栅栏板黑条纹间的距离为d,如图6-1所示。
如果t=t1时刻挡光开始,对应图中的第1个上升沿,在t=t2、t=t3时刻,分别对应第2、第3个上升沿。
时刻,速度:
;
,以此类推得出其他的速度。
计算机,数据采集器,数据线,光电门传感器,探测物体的运动速度实验器,铁架台等。
图6-3实验装置图
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击新建活页夹选择模板;
3、光电门设置:
点击弹出光电门设置对话框;
选择实验类型为“直线运动〞选择被测量物理量为“速度〞;
最后点击“完成〞即可;
4、点击左上角显示数据,点击增加线建立“速度--时间〞坐标关系,选择适宜实验时间和采集间隔;
5、将光栅板放置在支架上,点击开始,同时用手拉细线,使光栅板通过光电门;
6、得到实验数据后点击停止按钮完毕实验。
图6-4实验结果图
试着改变光栅板支架的角度或拉力的大小等方式来探究物体运动的速度。
实验七探测物体的质量
测量物体的质量。
用拉式和压式两种方式测量物体的质量,当用压式方式测量时,将物体放上电子称托盘上,当用拉式方式测量时,将物体挂在电子称上。
计算机,数据采集器,数据线,铁架台,细线,砝码,拉压式电子称。
图7-1拉式电子秤实验装置图
图7-2压式电子秤实验装置图
(一)作为拉式电子秤使用时
1、按照实验装置图7-1搭建好实验装置,打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击在单坐标系上建立“质量--时间〞的坐标关系,选择适宜的实验之间与采集间隔;
2、传感器的校准:
1 将拉压式电子称不挂重物竖直放置,点击弹出校准对话框,选择对应通道;
2 点击“校准〞按钮弹出对话框,待左下角数值稳定后在“真实值〞一栏中输入“0〞,点击“校准〞“确定〞;
3 最后再次点击“确定〞即可;
3、将物体挂在挂钩上,点击开始按钮,采集数据,直到采集完毕点击停止按钮。
(二)作为压式电子秤使用时
1、按照实验装置图7-2搭建好实验装置,打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击新建活页夹选择,以同样方式对拉压式电子称校准;
2、点击公式编辑,编辑公式“M2〞为“-M〞,建立“M2—时间〞坐标关系,选择适宜实验时间和采集间隔;
3、将物体放在托盘上,点击开始按钮,采集数据,直到采集完毕点击停止按钮;
4、点击选区按钮选中所有数据,在下方会显示出其平均值,此值即为物体质量。
图7-3拉式电子秤实验结果图
图7-4压式电子秤实验结果图
实验八研究固体分子间的引力
观察探测固体分子间的引力大小。
固体分子间有引力的存在,这个引力在分子间距离较小时较大。
计算机,数据采集器,数据线,力传感器,研究固体分子间引力实验器等。
图8-1
1、按照实验装置图搭建好实验装置,实验前应将铅柱套入刮削器,按顺时针方向轻轻均匀转动,使铅柱露出新的铅体,将两个铅柱对接,并用力压紧两个端面,稍作反向转动,即可将两个铅柱粘接成一体;
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击,建立“力--时间〞坐标关系;
选择适宜的采集时间和间隔;
3、传感器的校准:
1 将力传感器水平放置,点击弹出校准对话框,选择对应通道的“力传感器〞;
3 最后再次点击“确定〞即可,最后点击“退出〞按钮,退出校准界面,完成校准;
4、点击采集数据,同时用手拉砝码钩,逐渐增加拉力;
5、实验完成后点击完毕采集,分析数据。
图8-2实验结果图
从实验结果图中可以看出固体分子间是有引力存在的。
问一问
为什么在实验之前要把铅头放入刮削器,露出新的铅头?
实验九空气分子间的作用力
观察探究一定质量的气体,在温度不变时其压强与压力的变化关系。
分子间存在着引力和斥力。
在此实验中,不断压缩气球,使空气分子间距离继续缩小,分子间作用力表现为斥力,如此气球部压强将会继续增大。
计算机,数据采集器,数据线,压强传感器,空气分子间的作用力实验器,注射器配胶管等。
图9-1实验装置图
1、按照实验装置图搭建好实验装置,用针筒往气球注入一定量的空气,连入压强传感器;
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击,点击建立“压强--时间〞坐标关系,选择适宜的采集时间和时间间隔;
3、点击采集数据,慢慢往下压活塞;
4、直至实验完毕点击,观察一定质量气体的压强变化曲线,分析数据。
图9-2实验结果图
从实验结果图中可以看出随着气球的下压,空气间分子的作用力越大,导致其部压强也逐渐增大。
实验十研究弹簧测力计
观察研究弹簧测力计的工作原理与规律。
作用在物体上的外力越大,物体的形变就越大。
计算机,数据采集器,数据线,力传感器,研究弹簧测力计实验器,钩码假如干等。
图10-1实验装置图
1、按照实验装置图搭建好实验装置,指针钩上空载时,观察指针指向刻度尺上的刻度L0;
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击选择模板,点击建立“力--弹簧伸长量〞坐标关系,点击编辑变量“初始长度L0〞,“刻度L1〞,编辑公式“弹簧伸长量A〞为“L1-L0〞;
1 将力传感器垂直放置,点击弹出校准对话框,选择对应通道的“力传感器〞;
4、挂钩空载时,点击记录力的数据,观察指针所指的刻度,双击对应的“刻度〞栏,输入刻度值;
5、依次逐个添加钩码数量,每添加一个钩码重复步骤4,实验完成后点击完毕采集;
6、观察并分析实验结果。
图10-2力与弹簧伸长量关系图
根据实验数据可以发现,在弹性限度,在弹簧测力计的弹簧上施加的力越大,弹簧的形变越大。
根据实验结果图,我们能否得到实验装置中弹簧的弹性系数的数值?
试着用手拉砝码钩代替砝码,用连续采集完成该实验。
实验十一摩擦力
探究分析静摩擦力和滑动摩擦力的规律。
匀速拉动滑动板,可以探测物体所受到的静摩擦力和滑动摩擦力。
计算机,数据采集器,数据线,力传感器,摩擦力试验器,布,钩码假如干等。
图11-1实验装置图
1、按照实验装置搭建好实验装置;
2、打开实验系统软件,选择点击进入实验平台,点击建立“力--时间〞坐标关系,设置适宜的采集时间和时间间隔;
3、传感器校准:
1将力传感器水平放置,点击弹出校准对话框,选择对应通道的“力传感器〞;
2点击“校准〞按钮弹出对话框,待左下角数值稳定后在“真实值〞一栏中输入“0〞,点击“校准〞“确定〞;
3最后再次点击“确定〞即可,最后点击“退出〞按钮,退出校准界面,完成校准;
4、选择一样材质的布料进展试验,往重物盒中添加2个钩码,点击开始采集数据,右手固定力传感器与底板左手向外侧缓慢拉动滑板做匀速直线运动,采集完毕后点击;
5、点击在中选择;
6、往重物盒中再添加2个钩码,重复操作4,采集数据;
7、换2种不同材质的布料添加一样质量的钩码重复该实验;
8、实验完毕分析实验结果。
图11-2同质量不同材质的静摩擦力和滑动摩擦力图像
图11-3同材质不同质量的静摩擦力和滑动摩擦力图像
实验结果分析:
在一样材质的不同质量的情况下,静摩擦力和滑动摩擦力都随着质量的增加而增大;
在质量一样材质不同的情况下,静摩擦力和滑动摩擦力都随着接触面粗糙程度的增加而增大。
物体的最大静摩擦力为什么大于滑动摩擦力?
实验十二物体与物体之间的作用力
研究作用力与反作用力的关系〔牛顿第三定律〕。
两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在同一条直线上。
计算机,力传感器〔2个〕,数据采集器,数据线,作用力与反作用力实验器等。
图12-1
1、按照实验装置图,将力传感器接入数据采集器,然后将采集器与计算机连接,再将连接套件连接到两个力传感器上;
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台;
3、点击校准力传感器:
1 选择力传感器,点击校准;
2 输入当前对应真实值0,点击校准,按提示依次点击确定、确定、退出;
3 对另一个力传感器校准方法同上;
4、点击编辑变量、公式,增加变量名:
F,名称:
力,公式:
-F2,点击增加;
点击,在弹出的“曲线选择〞对话框中勾选F和F1,点击,同时将滑板支架
上的力传感器拉或是推,直至实验数据采集完成后,点击;
5、观察分析实验结果。
图12-2作用力与反作用力的关系图
由实验结果图可以看到,蓝色和绿色的图像分别代表F1和F,他们大小相等,方向相反,并且作用在同一条直线上。
实验十三钉板实验
观察探究一定质量的气体,在温度不变时其压强与受力面积的变化关系。
气球被向下压时,其部压强和压力逐渐增大,但气球与钉板的接触面积也在不断增大,在一定力的围,气球不会被压破。
计算机,数据采集器,数据线,压强传感器,钉板试验器,注射器配胶管等。
图13-1实验装置图
1、按照实验装置图搭建好实验装置,用注射器往气球充入一定量的气体,连接入压强传感器;
2、打开实验系统软件,点击,点击建立“压强—时间〞坐标关系,选择适宜的采集时间和采集间隔;
3、点击开始采集数据,慢慢往下压活动板,直到采集完成,点击完毕实验;
4、观察压强随压力的变化曲线,分析在一定围压力增大而气球不破的原因。
图13-2实验结果图
从实验结果图可以看出,随着气球的下压,气球部的压强逐渐增加,一定程度气球不会被压破。
减少钉板上钉子的数量,重新开始实验试试气球会不会破。
实验十四马德堡半球实验
观察研究马德堡半球的实验现象与原理。
大气压强是很大的,将两个半球的空气抽掉局部,球外的大气便把两个半球紧压在一起,因此就不容易分开了。
马德堡半球的气压越小,两球所受压力也就越大。
计算机,数据采集器,数据线,力传感器,压强传感器,马德堡半球实验器,注射器配胶管,钩码假如干等。
图14-1实验装置图
1、按照实验装置图搭建好实验装置,将马德堡半球套件中白、黑半球对接在一起,用注射器往外抽取一定量空气,并用夹子夹住软管;
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击选择模板,点击建立“力--时间〞,“压强--时间〞坐标关系;
4、往砝码钩上添加砝码,点击采集数据;
5、逐个添加砝码,每增加一个采集一次数据,实验完成后点击完毕采集;
图14-2实验结果图
从实验结果可以得到,大气压强确实存在,半球外有一定压强差,需要用足够的拉力才能使半球脱落。
为什么在开始采集之前需要用针筒抽出一局部空气?
试着用用手拉钩码钩代替钩码并连续采集数据。
实验十五浮力定律
验证浮力定律〔即阿基米德原理〕;
探究不同情况下浮力的变化。
浸在液体〔或气体〕里的物体受到向上的浮力作用,浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。
本实验将配重块挂在力传感器下,然后浸入水中,配重块重力与力传感器数值之差即为浮力大小,而根据公式G=ρgV可得物排开水的重力,从而可验证浮力定律。
计算机,数据采集器,数据线,浮力定律实验器,2个力传感器,铁架台,细线,配重块等。
图15-1实验装置图
1、如图15-1所示,搭建实验装置,并在上杯中参加适量的水;
2、将力传感器接入数据采集器;
3、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台;
4、点击校准力传感器:
5、挂上重物,点击记录力的初始值备用,记录固定在铁架台上力传感器的示数〔例如3N〕点击;
6、点击,增加变量h〔高度〕,表示水没过重物的高度;
编辑公式V,公式:
PI*r^2*h(圆柱体的直径:
5cm),表示排开水的体积;
编辑公式F(浮力),公式:
3-F1,表示重物受到水的浮力大小;
编辑公式G(排出液体的重量),公式:
9.8*V/1000,表示重物排开水的重力,编辑
好后点击“增加〞;
7、点击选择其中的模板,点击左上角的,勾选变量F1、h、V、G、F,点击“确定〞;
点击“增加线〞按钮,y轴设置为“浮力〞“排出液体的重量〞,x轴设置为时间;
8、调节升降台高度,每下降,点击手动采集按钮记录一次数据,采集足够的数据后,点击停止按钮;
9、采集完毕后,在数据表h列输入相应的高度值。
图15-2实验结果图
由实验结果图15-2可以看出,物体排开水的重力与浮力大小根本一样〔实验误差不可防止〕。
因此,可得出结论:
浮力的大小等于被该物体排开的液体的重力。
实验十六二力平衡的条件
研究二力平衡的条件。
当作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反,且作用在同一直线上时,两个力才
能平衡,这就是二力平衡的条件。
计算机,数据采集器,数据线,力传感器,二力平衡的条件实验器,钩码假如干等。
图16-1
2、打开实验系统软件,选择,点击进入实验平台,点击选择模板,点击建立“力--时间〞坐标关系,点击编辑变量“质量M〞,编辑公式“重力G〞为“9.8*M〞,编辑公式“误差A〞为“ABS(F1-G)*100/F1〞;
4 将力传感器水平放置,点击弹出校准对话框,选择对应通道的“力传感器〞;
5 点击“校准〞按钮弹出对话框,待左下角数值稳定后在“真实值〞一栏中输入“0〞,点击“校准〞“确定〞;
6 最后再次点击“确定〞即可,最后点击“退出〞按钮,退出校准界面,完成校准;
4、按照实验装置图将透明板从左上角的孔开始顺时针依次标注为A、B、C、D、E、F,将一个钩码挂在细绳一端悬空的钩子上,点击手动采集分别采集F、C,A、C,A、D这三对连接点数据;
图16-2二力平衡关系图
从实验结果图可以看出,当二个力达到平衡时,力与重力的大小相等、方向相反。
为什么采集数据时用手动采集?
用开始试验能得到数据吗?
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