利用DISLab研究通电螺线管中磁场特性

利用DISLab研究通电螺线管中磁场特性 第28卷第11期 2o07年 物理教师 PHYSICSTEAC}?R Vol_28No.11 (2007) 利用DISLab研究通电螺线管中磁场特性 楼佳萍 (诸暨浣纱初级中学,浙江诸暨31l8o0) DIS是物理二期课程改革中的一个亮点,为中学物理 带来了许多新知识,新情境,新方法.DISLab是一种将传感 器,数据采集器和计算机组合起来,共同完成对物理量测量 的装置,名为DIS(digitalinformationsystem)实验.在DIS实 验过程中,可以直接在电脑上得到实验数据,并通过图表, 图线等具体分析出实验结果,十分直观与简便,其大大简化 了以往实验课上繁琐的计算过程,既节约了时间又让学生 感到直观且易懂. 1基于DISLab的实验 1.1实验器材 "朗威DISLab"数据采集器,磁传感器,位移传感器,电 流传感器,通用扩展软件,教材专用软件,计算机,螺线管, 学生电源,软铁棒等. 1.2实验过程 (1)单独使用磁传感器,对通电螺线管内的磁感应强度 进行测量. (a)打开"朗威DISLab"教材专用软件,点击软件菜单 上"磁感应强度测定",显示出数据表格和B—z坐标.B为 螺线管通电后产生的磁感应强度,X为磁传感器顶端与测 量起始点的距离. 鬻搿穗黧篇薯 氍礤xII.s({:辩,5葭%磐滏缆船.=.-05%(掰1') 辩舞记嚣l穰摊率穗辩麓Iil攒l靖鞯I鞲巷嚣骥零 图1B—x曲线 (b)实验时,每改变一次X值(改变幅度为0.512rn),点 击"数据记录"一次,得出几组不同的B,X值,启动"绘图" 功能,在坐标系中可以观察到B—X图线,如图1. (c)分析实验结果:由图1分析可知,通电螺线管内磁 场的磁感应强度是不均匀的,螺线管的中间位置最强,两边 最弱. (2)研究磁传感器与通电螺线管之间的相对位置与磁 感应强度之间的关系 (a)实验装置如图2所示,将"朗威DISLab"位移发射 传感器与磁传感器通过螺栓紧固在一起. 图2组合使用磁传感器与位移传感器 (b)将位移传感器接人"朗威DISLab"数据采集器的 第一输入口,磁传感器接人采集器的第二输入口;然后打开 通用扩展软件,在"坐标绘图"中设置"位移一磁感应强度" 图线. (c)推拉磁传感器在通电螺线管中运动,坐标系中将 显示出螺线管不同位置的磁感应强度曲线.并且通过调整 供电源电压改变通电螺线管中的电流,重复上述实验,可得 出多条实验图线,如图3.多条图线可叠加在同一坐标系 内,便于比较,观察. 图3 (d)分析实验结果:由图3分析可知,通电螺线管中的 电流越大,磁感应强度越强. (3)研究通电螺线管内的磁感应强度与螺线管中电流 的量化关系 (a)将电流传感器串联在通电螺线管电路内,磁传感器 探头放在螺线管内的某一位置.打开"朗威DISLab"通用扩 展软件,在"坐标绘图"中设置"电流一磁感应强度"图线,改 变通电螺线管中的电流大小,得出一条实验图线. (b)将磁传感器探头放在螺线管内的不同位置,重复上 述实验,可得出几条实验图线,如图4.多条图线可叠加在 同一坐标系内,便于比较,观察. (c)分析实验结果:由图4分析可知,(下转第40页) 一 35— Vo1.28No.11 (2007) 物理教师 PHYS1CSTEACHER 第28卷第11期 2007拒 验探究的质量.信息技术不只是一种技术手段,它还衍生一 种价值取向,思维方式和生活方式.实验中强化现代技术的 渗透,可以让学生真实地体验现代技术与实验教育交融的 文化,感受和享受现代技术文化与实验教育交融的价值. 4.4引领实验教育走进生活,走进社会 实验教育必须走进生活,走进社会.实验与生活,与社 会一开始就是相互融合的一个整体,其中的每一个实践领 ,这就是实验教育的文化使然.在这方 域都有其重要的意义 面,我们可以做的是:(1)在原有实验教育中渗透最新的科 学技术知识以充实教学内容.例如,介绍超声工程学,磁悬 浮列车,红外遥感,光纤激光通信,电子显微镜等.我曾经让 学生用超声波洗眼镜,有趣的是,树脂玻璃竞被钻了一个 洞.学生惊讶于超声波能量的数量级,他们体会到,物理实 验不只是一门实验室中的科学,它还是生活中的科学.(2) 催发学生将实验引入生活,引入社会的成就感.例如,可以 让学生做家庭小实验,实验内容可以跟着学生走.学生问 我,能不能用霍尔元件制造不介入电路的电表,能不能用光 敏电阻制造监测光污染的仪器.有的还告诉我,他们知道电 池存在着内阻,依据是他发现电池在工作时是暖烘烘的,甚 至是烫手的.类似于这样的思考和"发现",不仅表明他们对 实验探究产生了兴趣,而且说明他们在探究中享受到了成 功的喜悦.(3)从生活与社会实际出发,培养学生对实验的 亲切感.我们可以在教程的每个单元后推出一组实验,鼓励 学生用生活中的瓶瓶罐罐之类的低值器材拼拼凑凑做实 验,让学生领悟到实验不神秘,实验在生活中.例如,可以让 学生用简易材料制作测出0.001N,量程为0,1N的测力 计,并要求学生设计一种可以放大观察它的装置;可以让学 生做一系列的静电实验;可以请名家演示实验,当然名家在 演示时也应体现"宁拙毋巧","宁朴毋华"的精神.按此思 路,我们曾分别请南京师范大学的刘炳升教授,苏州大学的 陶洪教授为学生演示实验,收到了好的效果.(4)请名家指 导学生,启发学生.我们曾请钱伟长院士,何作庥院士,钱令 希院士来校与学生零距离对话,激发了学生对实验探索,对 机构.有 科学研究的强烈欲望.(5)让学生走进社会的研究些学生在假期里去大学研究机构进行实验研究,取得了令 人兴奋的成绩.当实验走进生活,走进社会时,就与流动的 生活,多彩的社会共生共长.实验是事实研究,但不仅如此, 它还负载着文化气息,文化内涵,因而,实验就成为闪耀着 文化之光的实验,实验教育就跃动着鲜活的生命. 5把中学物理实验当作文化来教 罗素曾经说过:"文化即人化."这种看法一方面突出了 文化的主体特征,另一方面则是把文化看作是一个动态的 过程.我以为,物理实验教育的目的,主要不是简单地传授 知识,而是在于建立一种新的文化.物理实验文化深刻地蕴 含于物理实验之中,蕴含于物理实验教育之中,它的一些部 分,已经潜移默化地浸润了人们的思想和心理,塑造了人的 思维方式,心理定势乃至成为人性不可或缺的要素,对人的 影响已经深入到人类思想基本概念的结构中.物理实验教 育作为一种文化活动,就是要让师生经历一番文化的濡化. 我的物理实验文化观是:以物理知识为载体,以实验文化为 引导,以实验操作为手段,对学生进行科学与人文价值观念 的培养.我试图将物理实验教学扩大为一个文化教育,把物 理实验当作文化来教.进而打破传统意义上的实验与文化 的隔离,实现两者之间的相互渗透和融合,从而让学生读懂 实验文化的美丽,读懂实验文化的力量,读懂实验文化的价 值.这是我在中学物理实验教育中坚持的一个宗旨,也是我 在中学物理实验教育中的一项追求. 参考文献: 1郭玉英,物理比较教育,南宁:广西教育出版社,2006. 2[法]皮埃尔?迪昂,物理学理论的目的和结构.北京:华夏出版 社,1996.(收稿日期:2007一i0一i0) (上接第35页)"电流一磁感应强度图线"是过原点的直线, 说明通电螺线管内的磁感应强度与螺线管中的电流呈正比 关系 一_崂?.蠢?新. 戮 憎.一蛐一0埘t0趣口…一二 盘一?l 叠.._1 器,"一…一 毒{莓———J ?竖j—!旦 ?f, 骂赢- ql? 瞢 曩静H蠢 /j鳖塑一 i鞠翘帐璃!!{—:篓:?. ? {l, ---—— 40---—— 图4 2实验特色 利用DIS技术,将定性实验定量化,其形象而直观,使 学生更易于理解,掌握知识点,有利于教师提高教学效率, 调动学生的学习积极性. DIS实验简化了实验数据的采集过程,但要求学生有 更高的实验的设计能力和实验数据,以及表格,图像的 处理能力.在教学过程中,教师利用DIS实验有利于学生提 高实验动手能力,增强创新意识,发展对科学的兴趣与热 情,养成实事求是的科学态度. 参考文献: 1冯容士.DISLab与力学实验教学.物理教学,2oo4(11). 2蔡钢.运用DIS设计和测量不规则小固体的体积.物理教师. 2007(1). (收稿日期:2007—06—08)