a01學(xué)生實(shí)驗(yàn)一用DIS測(cè)位移和速

1、高中物理實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)（1）力學(xué)部分姓名：_班級(jí)：_DIS實(shí)驗(yàn)器材介紹及使用要求1、DIS：是Digital Information System的縮寫，意為數(shù)字化信息系統(tǒng)。是一種計(jì)算機(jī)輔助實(shí) 驗(yàn)系統(tǒng)2、DISLab：是Digital Information System Laboratory的縮寫，意為數(shù)字化信息系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)室，是由“傳感器數(shù)據(jù)采集器計(jì)算機(jī)（裝有實(shí)驗(yàn)軟件包）”構(gòu)成的新型實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。3.傳感器：把實(shí)驗(yàn)中測(cè)量的各種物理量轉(zhuǎn)換成標(biāo)準(zhǔn)的電信號(hào)，并把這些信號(hào)傳遞給數(shù)據(jù)采集器。DISLab配備有電流、微電流、電壓、壓強(qiáng)、溫度、聲波、位移、力、磁、光電門等多種傳感器。 (1)電流傳感器: 量程-1A+

2、1A。使用方法與電流表類似。使用時(shí)把電流傳感器串聯(lián)在電路中。如果待測(cè)電流從電流傳感器的紅色線流入，黑色線流出，顯示的數(shù)值為正數(shù)；如果反接，顯示的數(shù)值為負(fù)數(shù)。(2)微電流傳感器: 量程-1µA+1µA。一般用于定性觀察實(shí)驗(yàn),使用方法與電流傳感器類似。 (3)電壓傳感器:量程-12V+12V。使用方法與電壓表類似，使用時(shí)把電壓傳感器并聯(lián)在電路中。如果電壓傳感器的紅色線接到電路的高電位端，黑色線接到低電位端，顯示的數(shù)值為正數(shù)。如果反接，顯示的數(shù)值為負(fù)數(shù)。(4)壓強(qiáng)傳感器：量程0300kPa用于測(cè)量氣體壓強(qiáng)，其讀數(shù)為絕對(duì)壓強(qiáng)值，無(wú)需通過(guò)大氣壓加以換算。使用時(shí)應(yīng)保證被測(cè)氣體容器與壓強(qiáng)

3、傳感器前端的軟管連接緊密。(5) 溫度傳感器: 量程-10+110使用方法類似溫度計(jì)，其溫度敏感元件置于傳感器金屬探針的頂端，使用時(shí)要讓被測(cè)物體與此處充分接觸。 (6)聲傳感器：100Hz1KHz聲傳感器的敏感器件置于傳感器前端，使用時(shí)要將其對(duì)準(zhǔn)聲源。 (7)位移傳感器:量程1. 5m, 由超聲波發(fā)射模塊和接收模塊兩部分構(gòu)成。使用時(shí)將位移接收模塊與數(shù)據(jù)采集器連接，位移發(fā)射模塊與運(yùn)動(dòng)物體固定在一起，或直接將其作為運(yùn)動(dòng)物體（如振子、落體等）使用。 （8）力傳感器：量程-20N+20N. 既可測(cè)量拉力，又可測(cè)量壓力。軟件中規(guī)定：拉力的示數(shù)為正值，壓力示數(shù)為負(fù)值。（9）磁傳感器：量程-15mT+15m

4、T. 磁傳感器探管前端內(nèi)置磁敏元件，使用時(shí)需接入數(shù)據(jù)采集器預(yù)熱幾分鐘，待讀數(shù)穩(wěn)定后再進(jìn)行測(cè)量。軟件規(guī)定：當(dāng)傳感器的探管指向被測(cè)磁場(chǎng)的S極，即磁感線經(jīng)傳感器從探管頂端處穿出時(shí)，測(cè)量值呈正值；當(dāng)傳感器的探管指向被測(cè)磁場(chǎng)的N極，即磁感線從探管頂端處進(jìn)入傳感器時(shí)，測(cè)量值呈負(fù)值，如圖所示。示數(shù)的絕對(duì)值即為測(cè)量點(diǎn)處平行于探管方向的磁感強(qiáng)度分量。（10）光電門傳感器：使用高精度光敏器件構(gòu)成連續(xù)的光路。沒(méi)有擋光時(shí)光電門不計(jì)時(shí)，有物體擋光時(shí)停止計(jì)時(shí)。在已知運(yùn)動(dòng)物體長(zhǎng)度的條件下，記錄該物體遮擋光路的時(shí)間，即可得出物體的運(yùn)動(dòng)速度。如果同時(shí)使用兩個(gè)光電門光電門傳感器，不但能測(cè)出擋光片通過(guò)每個(gè)光電門的時(shí)間，還可以得到擋

5、光片在兩個(gè)光電門之間的運(yùn)行時(shí)間。（光電門直接測(cè)量的是擋光時(shí)間，間接測(cè)量的是平均速度） (11)光強(qiáng)分布傳感器:可測(cè)量衍射和干涉光斑在平面上的光強(qiáng)分布。每毫米的光強(qiáng)采樣點(diǎn)為12個(gè)(即12dot/mm) ，可繪出與光斑對(duì)應(yīng)的光強(qiáng)分布圖線。 (12)G-M傳感器:稱為蓋革-米勒計(jì)數(shù)傳感器，量程0cpm40000cpm?？捎涗浻珊蚘射線引起的電脈沖，并由此度量放射性的強(qiáng)度. G-M傳感器每分鐘最多可記錄40000個(gè)脈沖.4.數(shù)據(jù)采集器：把實(shí)驗(yàn)中用傳感器采集到的電信號(hào)轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號(hào)并傳遞給計(jì)算機(jī)。DIS數(shù)據(jù)采集器采用四路并行輸入，可同時(shí)接插四種傳感器。 5實(shí)驗(yàn)軟件包和計(jì)算機(jī)：通過(guò)實(shí)驗(yàn)軟件包中的“教材專用

6、軟件”和“教材通用軟件”，以數(shù)值顯示、圖表、曲線等各種方式表現(xiàn)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，并可根據(jù)要求對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行數(shù)據(jù)統(tǒng)計(jì)、數(shù)據(jù)公式計(jì)算、曲線猜想與擬合等各種分析與處理。6.DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)框圖：計(jì) 算 機(jī)數(shù) 據(jù) 采 集 器傳 感 器計(jì) 算 機(jī)數(shù) 據(jù) 采 集 器傳 感 器教材專用軟件教材通用軟件力傳感器聲傳感器溫度傳感器壓強(qiáng)傳感器位移傳感器電流傳感器電壓傳感器微電流傳感器磁感強(qiáng)度傳感器光電門傳感器光強(qiáng)傳感器G-M傳感器DIS系統(tǒng)構(gòu)成學(xué)生實(shí)驗(yàn)一 用DIS測(cè)定位移和速度1用DIS測(cè)定位移和速度實(shí)驗(yàn)?zāi)康?研究變速直線運(yùn)動(dòng)的s-t圖，并從中求物體的位移和速度。實(shí)驗(yàn)器材 小車、1m長(zhǎng)的力學(xué)軌道、DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采

7、集器、計(jì)算機(jī)等）。用DIS測(cè)定位移和速度裝置圖實(shí)驗(yàn)裝置 實(shí)驗(yàn)過(guò)程1.實(shí)驗(yàn)裝置如圖所示，將位移傳感器的發(fā)射器固定在小車上，接收器固定在軌道高端（軌道稍傾斜，使小車能做變速直線運(yùn)動(dòng)），將接受器與數(shù)據(jù)采集器相連。數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)相連，構(gòu)成DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)。2.開(kāi)啟數(shù)據(jù)采集器和位移傳感器發(fā)射器電源，運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)條目”中的“用DIS測(cè)定位移和速度”界面。3把小車放在力學(xué)軌道高端，點(diǎn)擊“開(kāi)始記錄”，放開(kāi)小車使其運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)界面的表格內(nèi)，將出現(xiàn)小車的位移隨時(shí)間變化的取樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)s-t圖中將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖135所示。從點(diǎn)的走向可大致看出小車位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。4：點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)點(diǎn)連

8、線”得到位移隨時(shí)間變化的曲線。5.點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”,在s-t圖像上選擇研究區(qū)域。先點(diǎn)擊鼠標(biāo)確定研究區(qū)域的“開(kāi)始點(diǎn)”，再次點(diǎn)擊，以確定研究區(qū)域的的“結(jié)束點(diǎn)”。先后將AD、AC、AB選定為研究區(qū)域，觀察實(shí)驗(yàn)界面下方數(shù)據(jù)窗口中顯示研究區(qū)域內(nèi)s-t圖像的初位移、末位移、時(shí)間差以及相應(yīng)區(qū)域的平均速度。表2 研究區(qū)域的平均速度研究區(qū)域平均速度ADACAB從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，你能得出什么結(jié)論？6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：_注意事項(xiàng)1.拖動(dòng)滾動(dòng)條，可以將對(duì)應(yīng)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的s-t圖像置于顯示區(qū)域中間。1（6分）如圖是利用DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)進(jìn)行“研究變速直線運(yùn)動(dòng)的位移與速度”實(shí)驗(yàn)時(shí)所獲取的電腦屏幕截圖，圖中用細(xì)實(shí)線框出了三個(gè)區(qū)域，

9、根據(jù)圖上顯示的實(shí)驗(yàn)信息可知，（從給出的選項(xiàng)中選擇：A 選擇實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理方式、B 記錄所采集的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)、 C 提取實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù) D 操控實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)采集）（1）區(qū)的功能是，區(qū)的功能是。 （將符合選項(xiàng)功能前的字母填在相應(yīng)的橫線上） （2）點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”后，選擇AD為研究區(qū)域，區(qū)域“速度”窗口中顯示的數(shù)值表示_,（3）如何操作可較準(zhǔn)確求出物體在A時(shí)刻的瞬時(shí)速度_ 2:(5分) (1)圖是研究小車運(yùn)動(dòng)時(shí)的s-t圖的實(shí)驗(yàn)裝置 發(fā)射器和接收器組成 傳感器這組傳感器測(cè)量的物理量是 (2)指出圖的s-t圖中指定區(qū)域內(nèi)小車的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) l2區(qū)域： 34區(qū)域： 56區(qū)域： 3 (4分)在利用分體式位移傳感器測(cè)變速直線運(yùn)動(dòng)

10、平均速度的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)操作時(shí)：（1）位移傳感器的接收器部分應(yīng)該（A）固定在支架上且與數(shù)據(jù)采集器相連（B）固定在支架上且與計(jì)算機(jī)相連（C）固定在運(yùn)動(dòng)物體上且與數(shù)據(jù)采集器相連（D）固定在運(yùn)動(dòng)物體上且與計(jì)算機(jī)相連（2）點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”，取A、D兩點(diǎn)，得到實(shí)驗(yàn)界面如圖所示，則物體在A、D過(guò)程中的平均速度為_(kāi)m/s。 演示實(shí)驗(yàn)、用DIS測(cè)變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度實(shí)驗(yàn)?zāi)康耐ㄟ^(guò)測(cè)量很短時(shí)間內(nèi)平均速度近似獲得變速運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速度。實(shí)驗(yàn)器材 小車、擋光片、1m長(zhǎng)的力學(xué)軌道、支架、DIS（位移傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）。實(shí)驗(yàn)原理 選取物體運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的某一段位移，并測(cè)量該物體在這段位移內(nèi)的平均速度。如果使位移逐漸減

11、少，則速度趨近于某一定值，該定值就是物體運(yùn)動(dòng) 的瞬時(shí)速度。實(shí)驗(yàn)過(guò)程1實(shí)驗(yàn)裝置如圖137所示，在小車的中心位置上固定擋光片，將光電門傳感器固定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端，是固定有擋光片的小車能夠順利通過(guò)并能擋光。2開(kāi)啟電源，運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)條目”中的“用DIS測(cè)定瞬時(shí)速度”，界面如圖138.軟件顯示出四次測(cè)量中擋光片的寬度（）的默認(rèn)值：0.080,0.060,0.040,0.020m.3點(diǎn)擊“開(kāi)始記錄”，依次將與軟件中s對(duì)應(yīng)的擋光片同方向（齊的一面都在前）固定在小車上，讓小車從軌道的同一位置由靜止開(kāi)始下滑，記錄下四次擋光的時(shí)間，DIS實(shí)時(shí)計(jì)算出小車通過(guò)光電門時(shí)的平均速度，把軟件界面

12、上的數(shù)據(jù)填入圖138所示的界面空格中。5.根據(jù)實(shí)驗(yàn)結(jié)論：歸納瞬時(shí)速度的概念和研究方法。6.實(shí)驗(yàn)結(jié)論：_擋光片越短時(shí)通過(guò)光電門時(shí)的平均速度越接近擋光片開(kāi)始擋光時(shí)的瞬時(shí)速度注意事項(xiàng)1.擋光片的寬度（）的默認(rèn)值和前后位置可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需要進(jìn)行修改。2. 光電門傳感器為門式結(jié)構(gòu)，如圖1-39所示。A管發(fā)射紅外線，B管接受紅外線。A、B之間無(wú)擋光物體時(shí)，電路斷開(kāi)；有物體擋光時(shí)，電路接通。計(jì)算機(jī)根據(jù)擋光物體的寬度和擋光時(shí)間，自動(dòng)算出物體的運(yùn)動(dòng)速度?！纠}】（09上海）小明同學(xué)在學(xué)習(xí)了DIS實(shí)驗(yàn)后，設(shè)計(jì)了一個(gè)測(cè)物體瞬時(shí)速度的實(shí)驗(yàn)，其裝置如下圖所示。在小車上固定擋光片，使擋光片的前端與車頭齊平、將光電門傳感器固

13、定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端。小明同學(xué)將小車從該端同一位置由靜止釋放，獲得了如下幾組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)。實(shí)驗(yàn)次數(shù)不同的擋光片通過(guò)光電門的時(shí)間（s）速度（）第一次I0.230440.347第二次0.174640.344第三次0.116620.343第四次0.058500.342則以下表述正確的是 四個(gè)擋光片中，擋光片I的寬度最小 四個(gè)擋光片中，擋光片的寬度最小四次實(shí)驗(yàn)中，第一次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速度最接近小車車頭到達(dá)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度四次實(shí)驗(yàn)中，第四次實(shí)驗(yàn)測(cè)得的速度最接近小車車頭到達(dá)光電門時(shí)的瞬時(shí)速度A B C D【鞏固訓(xùn)練】光電門是用光電管的通斷來(lái)記錄光被阻斷的時(shí)間。_（填“有”“沒(méi)有”）擋光時(shí)光電門不計(jì)時(shí)，_

14、（填“有”“沒(méi)有”）擋光時(shí)光電門開(kāi)始計(jì)時(shí)，擋光結(jié)束后停止計(jì)時(shí)。在已知運(yùn)動(dòng)長(zhǎng)度的情況下，記錄該物體的遮光時(shí)間，計(jì)算機(jī)即可自動(dòng)得出物體的_平均速度_.。如果同時(shí)使用兩個(gè)光電門光電門傳感器，不但能測(cè)出擋光片通過(guò)每個(gè)光電門的時(shí)間，還可以得到擋光片在兩個(gè)光電門之間的運(yùn)行_。時(shí)間一、基礎(chǔ)練習(xí)： 1、如圖所示為運(yùn)用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)研究勻速運(yùn)動(dòng)的小車的S-t圖像的實(shí)驗(yàn)裝置，請(qǐng)將各實(shí)驗(yàn)裝置名稱填寫在下面空格內(nèi)：（1） （2） （3） 。位移傳感器（發(fā)射器） 數(shù)據(jù)采集器 計(jì)算機(jī)2、DIS實(shí)驗(yàn)是我們利用數(shù)字化信息系統(tǒng)進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)稱。力學(xué)中許多物理量，如_、_、_、等都可用這類儀器測(cè)量。電學(xué)中許多物理量，如_、 _

15、、_、等也可用這類儀器測(cè)量。力 位移 速度（壓強(qiáng)） 電流 電壓 磁感應(yīng)強(qiáng)度3、實(shí)驗(yàn)時(shí)要使小車在滑板上的運(yùn)動(dòng)接近勻速運(yùn)動(dòng)，要調(diào)節(jié)滑板一端的高度，其目的是平衡摩擦力。圖為某次學(xué)生實(shí)驗(yàn)所采集的數(shù)據(jù)在計(jì)算機(jī)屏上顯示的S-t圖，根據(jù)圖中實(shí)驗(yàn)AB所示分析，可知小車在軌道上作_運(yùn)動(dòng)。在方框內(nèi)畫出該小車的v-t圖。若某次學(xué)生實(shí)驗(yàn)在計(jì)算機(jī)屏上顯示的S-t圖，如圖中AB曲線所示，可知小車在軌道上的運(yùn)動(dòng) （填“是”或“不是”）勻速直線運(yùn)動(dòng)，這時(shí)應(yīng)將滑板與水平之間的角度調(diào) （填“大”或“小”）些。勻速直線 不是 小4、用計(jì)算機(jī)輔助實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，研究勻速直線運(yùn)動(dòng)物體S-t圖，得到如圖所示的圖象，從圖中可知小車運(yùn)動(dòng)的方向是

16、（填“靠近”或“遠(yuǎn)離”）運(yùn)動(dòng)傳感器的接收部分，在s-t圖上2.53.0s之間的一段水平直線表示 ，從圖上可以看出，1.0s時(shí)小車與初始計(jì)時(shí)點(diǎn)距離為_(kāi) 靠近 小車處于靜止?fàn)顟B(tài) 0.2m5（5分）在實(shí)驗(yàn)中得到小車做直線運(yùn)動(dòng)的s-t關(guān)系如圖所示。（1）由圖可以確定，小車在AC段和DE段的運(yùn)動(dòng)分別為（ ）（A）AC段是勻加速運(yùn)動(dòng)；DE段是勻速運(yùn)動(dòng)。（B）AC段是加速運(yùn)動(dòng)；DE段是勻加速運(yùn)動(dòng)。（C）AC段是加速運(yùn)動(dòng)；DE段是勻速運(yùn)動(dòng)。（D）AC段是勻加速運(yùn)動(dòng)；DE段是勻加速運(yùn)動(dòng)。（2）在與AB、AC、AD對(duì)應(yīng)的平均速度中，最接近小車在A點(diǎn)瞬時(shí)速度的是_段中的平均速度。6.在“用DIS測(cè)量運(yùn)動(dòng)物體的位移和

17、速度"實(shí)驗(yàn)中，要用到_傳感器，發(fā)射器應(yīng)該固定在_上。_固定在力學(xué)軌道的高端。位移 小車 接收器二、模真練習(xí)：v7在DIS中，光電門測(cè)量的是運(yùn)動(dòng)物體擋光時(shí)間內(nèi)的平均速度，因?yàn)閾豕馄^窄，所以可看做測(cè)量的是瞬時(shí)速度。為了測(cè)量做勻變速直線運(yùn)動(dòng)小車的加速度，將寬度均為b的擋光片A、B固定在小車上，如右圖所示。（1）當(dāng)小車勻變速經(jīng)過(guò)光電門時(shí)，測(cè)得A、B先后擋光的時(shí)間分別為t1和t2，A、B開(kāi)始擋光時(shí)刻的間隔為t，則小車的加速度a=_ 。（2）（單選題）實(shí)驗(yàn)中，若擋光片的寬度b較大，用上述方法測(cè)得的加速度與真實(shí)值間會(huì)有較大的差距，下列關(guān)于實(shí)驗(yàn)的測(cè)量值與真實(shí)值的判斷中正確的是（ ） （A）若小車加

18、速，則測(cè)量值大于真實(shí)值；若小車減速，則測(cè)量值小于真實(shí)值（B）若小車加速，則測(cè)量值小于真實(shí)值；若小車減速，則測(cè)量值大于真實(shí)值（C）無(wú)論小車加速還是減速，測(cè)量值均大于真實(shí)值（D）無(wú)論小車加速還是減速，測(cè)量值均小于真實(shí)值7、【解析】（1）根據(jù)，得 (2)A，設(shè)， b越大，越大，加速時(shí)，A<0,a偏大，減速時(shí)，A>0,a偏小。8（10分）某校實(shí)驗(yàn)小組設(shè)計(jì)了如下實(shí)驗(yàn)來(lái)精確測(cè)定小車的瞬時(shí)速度。如圖所示，在傾斜導(dǎo)軌的A處放置一光電門，并使其與計(jì)算機(jī)連接。讓載有輕質(zhì)擋光片（寬度為Ds）的小車從P點(diǎn)靜止下滑， A處的光電門會(huì)記錄下?lián)豕馄?jīng)過(guò)A點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間Dt。改用不同寬度的擋光片重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)，（在原擋光片基礎(chǔ)上貼上寬度不同黑紙片制得）然后用公式計(jì)算出不同寬度的擋光片從A點(diǎn)開(kāi)始在各自擋光時(shí)間Dt內(nèi)的。次數(shù)擋光片擋光時(shí)間t(s)速度 (m/s)10.0630.54220.0730.54530.0830.54840.0920.55150.1020.5