GQY解决方案0526理化生综合.docx
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GQY解决方案0526理化生综合
解决方案
教育部教学仪器研究所
宁波奇科威数字教学设备有限公司
一、概述
从信息化的发展历程来看一国的信息化将经历信息产业化,产业信息化,经济信息化和社会信息化这样一个过程。
教育信息化作为产业信息化的重中之重,将为其他产业的信息化提供智力基础和人才基础。
教育部教学仪器研究所和宁波GQY数字教学设备有限公司合作开发的数字实验室,就是顺应教育信息化改革的产物,全面支持大学、中学理、化、生常规实验、小学科学和探究性实验的要求,是配合理、化、生实验室的改革,构建国际先进的“数字化实验系统”的主要技术装备。
GQY数字实验室的功能特点决定了它既能很好地支持学校的常规教学实验,又能支持高层次研究开发,为教师和学生提供一个演示和探究性实验的系统平台。
GQY是GreatQualityforYou的英文缩写,我们相信只要不断为客户提供最优质的产品和服务,就必将共同迎来美好的明天!
1.1什么是数字实验室
数字实验室不是一个单一的产品,而是提供一套整体的解决方案。
它由“教师机(安装数字实验室管理和数据分析配套软件)+手持式主机(包括嵌入式系统,集采集、显示、处理为一体)+传感器(包括各种常规实验和探究性实验要求的理、化、生传感器)+配套教具”组成。
数字实验室既克服了传统实验仪器和实验方式的弊端,又真正实现了信息技术与常规教学、探究性实验的完美结合。
GQY数字实验室解决方案的所有软、硬件设备,产品性能已达到国际先进水平。
其中独创的手持式主机设计不仅方便了广大学生的实验操作,还为学校节约了大量资金(整个实验室只需一台PC);另外独创的多种数据传输方式(集USB传输、以太网传输、无线网络传输),让用户彻底摆脱系统集成、布线等烦恼;完全自主研发,开放的接口,可以做到度身定制因您而变;手持主机傻瓜式设计的全中文菜单式操作,易学易用,无需为必须接受大量复杂的培训才能操纵设备而担心。
另外GQY数字实验室解决方案中强大的数字实验室管理和数据分析软件首次把管理的概念带入实验室中,提出全新的数字实验室的概念,不仅真正意义上实现了学生与教师的互动,方便教师对学生的指导,更是让教师轻点鼠标就可以实现对整个实验室的控制,而且我们的管理平台还可以升级为数字化实验考试系统。
我们采用开放的平台和开放的架构,具有良好的可扩充性,可以通过软件升级来满足用户未来不断增长的各种需求。
1.2数字实验室的优势
第一,摒弃如天平、弹簧测力器、计时器这些传统测量误差性比较大的实验工具,将学生彻底解放出来,减少繁琐的数据处理,从而更加专注于实验分析本身;
第二,迅速、精确地获得实验数据。
数字实验室系统将大大缩短用于实验的时间,而且得到的数据更加精确、直观。
第三,数字实验室系统摆脱了学生终端的电脑束缚,可以使更多学生能使用学生终端,自己动手做实验,从而增强学生的动手能力,更好地达到实验目的。
第四,让一些使用传统实验手段难以实现的实验成为可能。
在传统的实验条件下摩擦力的测量只能在黑板上“演示”。
现在,应用传感器采集数据,摩擦力的细微变化可即时呈现于电脑屏幕上。
“圆锥运动中向心力的测量”、“碰撞过程中力的分析”等许多过去中学不可能完成的实验,利用数字实验系统均可轻松完成。
这对大中小学理化生实验具有非常强的实用性。
1.3GQY数字实验室结构图
GQY数字实验室结构图一:
图1
“教师端和学生端(安装数字实验室管理和数据分析配套软件)+GQY数据采集器DAS5104D+传感器(包括各种常规实验和探究性实验要求的理、化、生传感器)+配套教具”组成”
GQY数字实验室结构图二:
图2
“教师端和学生端(安装数字实验室管理和数据分析配套软件)+GQY数据采集器DAS5104+传感器(包括各种常规实验和探究性实验要求的理、化、生传感器)+配套教具”组成”
GQY数字实验室结构图三:
图3
教师端:
(安装数字实验室管理和数据分析配套软件)+GQY数据采集器DAS5104+传感器(包括各种常规实验和探究性实验要求的理、化、生传感器)+配套教具”组成;
学生端:
GQY数据采集器DAS5104+传感器(包括各种常规实验和探究性实验要求的理、化、生传感器)+配套教具”组成;
1.3.1教师机的配置要求:
计算机硬件要求
●CPU:
1.8GHZ或更高
●内存:
512M或更高
●空余磁盘空间:
500M
操作系统要求
Windows2000WindowsxpwindowsServer2003或更高版本
1.3.2传输方式
实验数据可以通过USB、以太网、无线网络等多种方式进行传输,其中无线网络数据传输方式为GQY独创。
(注:
以太网及无线网络限用于DAS-5104型采集器)
1.4数字实验室效果图
GQY数字实验室效果图
1.5数字实验室实物图
GQY数字实验室实物图
二、GQY数字实验室的产品介绍和主要特点
2.1重点产品的简要说明
(1)数据采集器特点
GQY推出全系列数据采集器,您可以根据实际的使用情况选择您所需要的数据采集器。
彩屏的采集器——DAS-A904
7吋LCD显示、分辨率800×480,两个按键,带触控笔一支,内存64M,可外接SD卡存储,传感器接口为4个1394接口,外接电源:
12V,1A大容量锂电池、无线网络传输技术、触摸屏控制,完全移植电脑软件界面及操作,既具备电脑的强大处理能力,又具备了手持设备的便携性
GQY推出全系列数据采集器,您可以根据实际的使用情况选择您所需要的数据采集器。
教室内外通用的采集器——DAS-5104
ØDAS-5104主机功能强大,可以通过以太网与教师用的电脑组成C-S结构的网络,实现教师与学生的互动,也可以通过USB与电脑连接,方便教师的演示。
Ø它具备大屏幕的液晶显示,高分辨率,采集数据能用数字及曲线方式显示,内置存储空间,四路并行传感器接口,
ØDAS-5104(W)可以实现固件升级。
(2)传感器特点
方便耐用的传感器接口
丰富的传感器种类
针对目前学校使用传感器过程中最容易损坏的部件——传感器的接口,GQY采用了1394A类接口,可以承受100万次的插拔,同时无法将接口反插使用,非常适合学生的反复使用;
GQY设计的传感器已经覆盖了物理、化学、生物三种学科,同时为学校教师的创新研究定制特殊传感器,种类有40多种,为目前国内传感器种类最丰富的厂家
(3)配套教具介绍
●能将教具固定在黑板上演示的磁性固定底座
●为配合传感器精确测量的特点,GQY与一线教师密切配合,联合开发了一整套配合传感器的教具,涵盖了力学、光学、磁学等领域
●传感器作为理科教学中的测量工具,具有高速、高精度的特点,因此,在部分实验中,使用原有的普通教具很难达到很好的实验效果,在GQY的方案设计中,配套教具占据了很重要的地位,开发了系列配合传感器使用的配套教具,对数字化实验有很大的帮助。
●
部分配套教具介绍:
向心力实验仪
产品特点:
产品图片
GQY的向心力实验仪经过了数次改动,已经能达到国际先进水准,利用高精度进口轴承解决转动圈数过少,采集数据不够的问题,利用低阻尼滑块解决力传感器测量过程中的平台问题,能定量地测量向心力与速度的关系、向心力与质量的关系以及向心力与转动半径的关系,解决了原有向心力实验在教学中的难点!
实验效果:
从实验效果图来看,能明确看到向心力与角速度的平方成线性关系,从中能探究出向心力与角速度之间的关系!
这在传统实验中是比较难做的实验!
机械能守恒实验仪(J-23)
产品特点:
产品图片
GQY的机械能守恒实验仪配合光电门传感器,能同时准确测量两个或四个点的动能与势能的转化,光电门的位置可以在机械能实验板滑槽中的任意调节,得出机械能守恒的规律,使用非常方便。
结合专用的实验模板可以测量出一系列的实验数据,从中更能准确地分析出机械能守恒的规律!
实验效果:
实验效果图中三条线分别表示动能、势能和总的机械能,九组数据能清楚地看到机械能守恒的规律
力的合成与分解实验仪(J-27)
产品特点:
产品图片
GQYelab力的合成与分解实验仪可以方便地在实验板的滑槽中移动力传感器,调节力的角度,可以准确的得出力合成分解的规律,结合GQY的专用实验界面,可以通过图示来显示力的合成与分解的规律!
实验效果:
实验效果图中的蓝线表示的是两个分力的大小和方向,红线表示合力的大小和方向,该图最后能绘制理想线条来验证平行四边形法则!
这种图示的教学方法更符合中学教学的规律!
(4)软件介绍
专用软件
●简单易用的专用界面,只需要按照步骤操作就可以完成数字化实验;如图所示,完成机械能守恒的实验只需要根据按钮的步骤操作,开始实验——记录实验数据——计算数据三步操作即可完成该实验,简单明了!
通用软件
●开放式的模板定制功能,师生可以设计自己的实验界面、实验数据处理并保存为新的实验模板,保存的实验模板可以供其他师生反复使用!
●单机实验平台:
单机实验平台在调用模版后可以方便地进行实验,具备多种数据显示方式,包括图形、数字、仪表等,具备实验过程重放、实验数据存储等功能;
●自我升级更新服务,可从公司网站下载并更新软件.
软件基本功能介绍
Ø模板化的实验设计界面,快速搭建新的实验模型
Ø直观的设计界面,通过鼠标拖放即可实现实验模板的定制
Ø支持任意多个实验页面和任意多个图形画面
Ø直观的传感器连接窗口,自动判别传感器连接是否正确
Ø强大的直线和曲线拟合功能,能选择多种拟合方式和选择不同的数据源及范围进行拟合
Ø直观方便的数据结果分析,提供多种分析工具
Ø方便的实验数据整理工具
Ø提供有如Word般方便直观的实验报告生成工具
Ø直接保存、打印实验报告、实验数据和实验图形,可在实验后调出实验数据进行后续分析
Ø支持实验页面上的视频、音频播放
Ø支持网络化实验模式,同时处理多台实验设备的数据处理和展示
2.2GQY部分理化生传感器介绍
电压传感器WL-0001
学生们可以测量电路中连续变化的电压和电流值,与传统实验中利用万用表测量单点的电压,然后再测量电流值有本质区别,可以方便地得到电压/电流曲线,另外,采集到的电压和电流值可以被记录,以方便以后实验分析中使用。
典型应用
电阻串并联实验
欧姆定律
测定金属丝的电阻率
小灯泡的内阻
自感现象
电磁感应现象
电流传感器WL-0002
学生们可以测量电路中连续变化的电压和电流值,与传统实验中利用万用表测量单点的电压,然后再测量电流值有本质区别,可以方便地得到电压/电流曲线,另外,采集到的电压和电流值可以被记录,以方便以后实验分析中使用。
典型应用
电阻串并联实验
欧姆定律
测定金属丝的电阻率
小灯泡的内阻
自感现象
电磁感应现象
光电门传感器WL-0004(含WL-0004A两个)
GQY的光电门是精度极高的测时装置,利用红外发射器和接收器,空间分辨率小于1mm,同时通过GQY光电门自带的切换模式,光电门可以工作在六种不同的模式下,分别是测量遮光时间、透光时间、遮光-透光-遮光三段时间以及在测量单摆摆动周期时使用的透光-遮光-透光-遮光的一个周期测量的方式,用于平抛运动的飞行计时模式以及跨学科使用在化学中的液滴计数模式,这六种模式大大拓展了光电门的使用范围。
典型应用
验证动能定理、动量定理
机械能守恒定律
瞬时速度的测量
单摆法测重力加速度
弹性势能和动能
摆的运动
化学滴定实验
常规温度传感器WL-0005
常规温度传感器使用不锈钢探头,PT100铂电阻作为敏感元件,更加耐用,测量也更稳定,同时常规温度传感器也可以与热敏温度传感器(WL-0013)互换。
典型应用
热传导
吸热—放热反应中的温度变化
摩擦生热
磁感应强度传感器WL-0006
学生使用磁感应强度传感器可以真正测量原本不可见的磁场强度,使用非常方便。
典型应用
研究条形磁铁和电磁的磁场
通电螺线管的磁场强度的影响因素
匀强磁场
特点:
霍尔元件固化在塑料中,结实耐用。
位移传感器WL-0007(含WL-0007S、WL-0007R各一个)
GQY位移传感器使用超声波对射原理,可以测量物体的位置、速度和加速度,GQY位移传感器可以很方便的固定在小车上,几乎没有测量的盲区,在位移传感器的发射端内置了可充电的锂电池、拨动开关,配备专用充电器即可给位移传感器充电,GQY位移传感器具备省电模式,如果三分钟不使用,位移传感器会自动关闭,以达到省电的目的。
典型应用
匀速直线运动测量
研究加速度与作用力的关系
研究加速度与质量的关系
研究弹簧的简谐振动
力传感器WL-0008
GQY力传感器可以测量拉、压两个方向的力,传感器中具备过载保护,力传感器上的按钮长按可以切换力的正负,短按可以清零,在力传感器中同时配备了拉力使用的钩子和推力使用的平头推理部件,方便学生的实验,同时可以很方便的与GQY小车相连接。
典型应用
测量振动中的力
测量向心力
牛顿第三定律
光强传感器WL-0009
GQY光强传感器测量范围大,无需切换就可以测量从太阳光到烛光的所有光线,学生只需要将光强传感器对准光源就可以。
典型应用
光强与距离的关系
光的干涉与衍射
绝对压强传感器WL-0010
GQY气压传感器可以测量绝对压强,同时通过采集器(DAS-5104型)的校零按钮可以实现相对气压的测量,同时配备了配套针筒,方便学生实验。
典型应用
探索气体定律(理想气体、查理定律、玻意耳定律等)
测量化学反应的速率
加速度传感器WL-0011
GQY加速度传感器可以测量运动中的加速度和方向使学生能更好地理解加速度与力的关系,加速度与质量的关系。
典型应用
电梯中的加速度
牛顿第二定律
汽车的启动,转弯等的加速度
热敏温度传感器WL-0013
GQY的热敏温度传感器具备低热容和小巧的尺寸,反应速度很快,学生可以方便的观察环境中温度的变化,即使是人呼吸导致的温度变化也能感应到。
热敏温度传感器同样能使用在GQY溶解氧传感器(HX-0003)中,作为化学传感器的温度补偿使用。
典型应用
观察冰箱中水温的变化
测量蒸发冷却
电导率传感器HX-0001
GQY电导率传感器具备大量程的特点,测量准确,同时在测量不同浓度溶液时自动切换量程,电极可以替换。
典型应用
测量不同水样的电导率
研究化学沉淀的形成
电极接口:
标准BNC接口
PH值传感器HX-0004
PH传感器可以连续测量溶液中的PH值,这在传统实验中是很难测量的,同时PH电极使用标准BNC接口,方便更换。
典型应用
酸碱中和滴定
放热反应
牛奶的酸化
溶解氧传感器HX-0003
溶解氧传感器在水质、生物、化学研究中都是基本的,GQY溶解氧传感器具备了宽量程,各高分辨率,具备外置温度补偿,使测量更准确。
典型应用
水质测量
研究有机物的存在是怎样影响溶解氧含量的
特点:
可以更换膜片,维护方便
色度计HX-0005
GQY的色度计除可以测量溶液的色度外,还可以获得红、绿、蓝三元色的比例,另外还可以获得待测液体的饱和度的数值,在色度计有专用的校准白平衡的按钮。
典型应用
研究吸光率和浓度的关系(比尔定律)
测量未知溶液的浓度
氧气传感器SW-0002
GQY氧气传感器可以精确测量大气或封闭空间中的氧气浓度,具备宽广的量程,在很多实验都可以使用,如果与二氧化碳传感器配合可以在教室或野外进行更多的环境、生理实验。
典型应用
测量动物,昆虫的呼吸作用
观察植物光合作用
研究酵母的呼吸作用
二氧化碳传感器SW-0003
GQY二氧化碳传感器可以精确测量大气或封闭空间中的二氧化碳浓度,具备宽广的量程,在很多实验都可以使用,如果与氧气传感器配合可以在教室或野外进行更多的环境、生理实验。
典型应用
测量动物,昆虫的呼吸作用
观察植物光合作用
研究酵母的呼吸作用
2.3GQY数字实验室的附件包括探头连接线
1.探头连接线
GQY数字实验室提供四根探头连接线,用于连接GQY数字实验室手持式主机(数据采集器)与传感器。
2.USB线
GQY数字实验室提供一根USB线,用于把GQY数字实验室手持式主机(数据采集器)中的实验数据上传到教师所用的PC机上.
3.网线
GQY数字实验室提供一根网线,用于把GQY数字实验室手持式主机(数据采集器)中的实验数据上传到教师所用的PC机上。
2.4GQY产品优势
1)高性价比,手持主机集采集、显示为一体,整个实验室只需一台教师机。
2)种类齐全的传感器,已开发完成大量的物理、化学、生物传感器。
可构建理化生综合实验室,为学校节约资金。
3)多渠道通讯,传统有线连接,独创无线传输;
4)度身定制,自主研发,开放接口;
5)傻瓜式设计,中文菜单式操作,易学易用;
6)实现互动,功能强大的教学管理软件,在实验过程中形成师生间的交流;
7)便携性,拓展探究性实验的空间。
2.5理化生典型实验介绍
物理实验一验证力的平行四边行定则
验证力的平行四边行定则
实验目的
验证共点力的合成定则。
实验原理
共点力的合成与分解符合力的平行四边形定则。
实验器材
计算机、GQY力的合成与分解实验仪、钩码(50G)2个、小细绳、铁架台、GQY手持主机5104、力传感器2个、USB联接线1根、传感器联接线2根等
实验装置图
实验过程
1、将两只力传感器分别接入数据采集器,将GQY力的合成分解实验器通过螺丝固定在铁架台上。
2、按照上图将两力传感器固定在GQY力的合成分解实验器的定位槽上,力传感器测钩测自动定位指向实验器力矩盘的圆心,且与力矩盘中心垂线呈一定夹角。
3、将两条细绳拴在测钩上,细绳的另一端在力矩盘的圆心处打结拴在一起。
4、观察软件中两个力传感器窗口。
轻触力传感器上的“调零”按钮,使传感器置零。
5、在细绳的打结处向下方引出另一细绳,并挂上钩码;记录力的角度和锁定力的大小
6、调整实验器的力传感器,使用其中的一个力传感器,使角度为零。
7、测出当用一个力传感器时测出的力的大小。
(测前要进行调零)
数据分析
物理实验二简谐振动
简谐振动
机械振动是常见的机械运动,简谐振动是最简单的机械振动。
简谐振动是高中物理机械运动中的主要内容。
它是学习“机械振动和机械波”的基础,是牛顿定律应用的延伸。
其中,重点是简谐振动的运动规律和定义。
难点是掌握简谐振动的运动规律。
实验目的
1.通过实验知道机械振动和简谐振动。
2.通过课件探究、理解简谐振动的运动规律。
3.通过讨论得到简谐振动的定义。
4.体会和运用图像方法和实验方法。
实验器材
GQY手持主机5104、力传感器1个、位移传感器1对、铁架台、弹簧振子实验仪、USB联接线1根、传感器联接线2根
实验装置图
实验过程
1、如图安装好实验设备。
力传感器插采集器2号连接口,位移传感器插采集器3号连接口。
2、取下力传感器上的振子,对力传感器进行校零。
3、运行单机运行平台,打开专用模板。
打开位移传感器发射端的电源。
振子在处在平衡位置。
4、打开位移向上轻轻托起振子,快速放手,让振子振动起来。
点击开始按钮
开始实验,采集一组数据。
结束实验。
从后面的实验列表中查出位移和力传感器的数据,填入对应的框内。
、
以确定振子的平衡位置。
5、清除刚采集到的数据,重新开始实验。
采集一组数据。
如图:
6、上图为时间-位移图像。
下图为时间力的图像。
观察分析可知:
在位移最小时,振子对弹簧的拉力最大;在位移最大时,振子对弹簧的拉力最小。
观察后面的几张图,可以得到相关结论。
问题
1、什么是简谐振动?
2、简谐振动具有怎样的运动规律?
3、运用哪些物理量描述物体的运动?
怎样研究简谐振动的运动规律?
总结
1.一般情况下,用位移、速度、加速度和力描述物体的运动。
2.用观察和实验方法研究简谐振动的运动规律
3、分析振子振动过程中各个物理量,速度、位移、受到的合力、加速度之间的关系。
有什么内在的联系?
物理实验三平抛运动的研究
平抛运动的研究
实验目的
1.观察平抛运动物体的轨迹。
2.研究平抛运动的规律。
3.了解运动的合成和运动的独立性原理。
实验原理
让小球从水平轨道抛出,用光电门测量出小球通过的时间t1,以及从抛出到落地的飞行时间t2。
由小球直径(挡光宽度)和t1可以得到速度V0,由于光电门安在水平轨道的出口处,所以V0就是抛出的水平初速度。
抛出点的高度h和着地点的水平位移x可以直接量出。
比较
x与V0*t1;
从h高度自由下落所要的时间t,(t^2=2h/g)与飞行时间t2的大小,可以得到平抛运动的规律。
观察比较落地点,可以得到平抛运动物体的轨迹。
实验器材
GQY手持主机5104、GQY平抛运动演示仪(J-23)、光电门传感器1对、USB联接线1根、传感器联接线2根、复写纸,白纸各1张
实验装置图
实验过程
1.按装置图组装好器材。
光电门选用飞行时间模式(U、I-U-I两个指示灯同时亮)。
调整飞行时间板与水平刻度线相平。
在水平位移记录纸标出水平零点。
2.光电门清零、点击动“开始”按钮、从轨道释放小球。
当小球落地即点击“结束”按钮,结束本次采集。
3.由飞行时间板的上表面对的刻度,得出抛出点高度。
在水平位移记录纸上读出x值。
(对读过的着地点作一标记)
4.把实验数据(高度、水平位移、初速度、飞行时间等)填入相应的框内。
5.改变飞行时间板的高度,重复步骤2-4,采集第二组数据。
6.改变飞行时间板的高度,共采集5-7组数据。
7.在数据分析页内,比较:
x与V0*t1;
从h高度自由下落所要的时间t,(t^2=2h/g)与飞行时间t2的大小。
得到平抛运动的规律。
8.在实验图形内,观察平抛落地点位置,可以得到平抛运动的轨迹。
在实验结果分析页中,还可以对轨迹进行抛物线的拟合。
思考与探究
在
此实验中,所有的物理量都可以测量出来,对平抛运动的验证可以多方面的。
试从不同的角度分析
化学实验一:
酸碱中和滴定的绘制
酸碱中和滴定曲线的绘制
实验目的
(1)通过其pH变化曲线的绘制,理解酸碱中和滴定的pH变化规律。
(2)通过本实验了解数字传感器在化学实验中的应用,并掌握其使用方法。
实验原理
使用pH传感器测定强酸(盐酸)滴定强碱(氢氧化钠)过程中溶液pH的变化,并且借助计算机以图像形式显示出来,得到其反应过程中的pH变化曲线。
实验器材
GQY手持主机5104、磁力搅拌器、光电门传感器、pH传感器、10ml小烧杯、滴定管、铁架台、GQY中和滴定固定板、量筒、10.1mol/l的盐酸溶液、氢氧化钠溶液、pH标准溶液
实验过程
实验准备
1.溶液配制和准备
(1)用量筒量取15ml未知浓度的氢氧化钠溶液于烧杯中等待滴定;
(2)将
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