【正文】 在通電螺線管兩端內(nèi)部 附近 也是勻強(qiáng)磁場，從而在解決自主招生試題時遇到困難。 朗威 DISLab 配套實驗器材中的螺線管的長度 L為 9cm 左右， 半徑 R 約為 ， ，因此不能使用朗威 DISLab 配套實驗器材中的螺線管來研究通電螺線管內(nèi)部是否是勻強(qiáng)磁場 。 實驗器材 ： 朗威 DISLab、計算機(jī)、螺線管（自己繞制的線圈）、 直尺、 穩(wěn)壓電源、導(dǎo)線、磁傳感器、位移傳感器等。 （ 3） 打開 “ 計算表格 ” ， 調(diào)節(jié)磁傳感器探管前沿與螺線管一端相距 1cm，并 將磁傳感器調(diào)零 。 表 6 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與相對距離 s 數(shù)據(jù)記錄表 （ ） Tab. 6 The Data Record Form of Magic induction and Relative distance() 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相對距離 s/cm 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B/mT 續(xù)表 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 圖 25 螺線管 內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖線 Fig. 25 Internal solenoid Magic induction Distribution curve 25 （ 7） 點(diǎn)擊 “ 鎖定 ”， 鎖定當(dāng)前圖線 ； 將電源電壓依次調(diào)整為 、 3V，重復(fù)步驟 3~6，得到另外 兩組數(shù)據(jù) （ 表 表 8）及 兩條圖線 （ 圖 26）。 表 8 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與相對距離 s 數(shù)據(jù)記錄表 （ ） Tab. 8 The Data Record Form of Magic induction and Relative distance() 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相對距離 s/cm 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B/mT 續(xù)表 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 表 7 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B 與相對距離 s 數(shù)據(jù)記錄表 （ ） Tab. 7 The Data Record Form of Magic induction and Relative distance() 次數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 相對距離 s/cm 磁感應(yīng)強(qiáng)度 B/mT 續(xù)表 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 圖 26 螺線管 內(nèi)部磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖線 Fig. 26 Internal solenoid Magic induction Distribution curve 26 在 該 實驗中，磁傳感器探管與螺線管間的相對距離是通過刻度尺讀出來的，將傳統(tǒng)實驗器材與現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行了融合。 （ 2） 將螺線管安裝在小車上，并將位移傳感器發(fā)射模塊固定在小車上。 （ 6） 調(diào)整螺線管位置 ， 使其距磁傳感器探管 1cm。 （ 10） 點(diǎn)擊“鎖定”，鎖定當(dāng)前圖線，將電源電壓依次調(diào)為 、 ，重復(fù)步驟 6~9，得到另外兩條圖線（圖 28）。要回答這一問題，需要 大致 計算下相對誤差。 由于在本實驗中， ，也不是特別大，因此實驗精確度并不是特別高。這就需要進(jìn)一步改進(jìn)配套實驗器材來重新設(shè)計這個實驗。一般而言，是難以從理論 上解釋上面的問題的。 實驗原理： 當(dāng)相互接觸 且有擠壓的物體之間有相對運(yùn)動趨勢或相對運(yùn)動的時候，則物體間就會有摩擦力。 圖 31 實驗 裝置 圖 Fig. 31 The experimental setup 30 實驗步驟 ： （ 1） 將物塊置于長木板左端 ， 使與傳感器連接的細(xì)繩保持較為松弛的狀態(tài) ， 調(diào)整儀器位置 ， 保證連接長木板與滑塊的細(xì)繩處于一條直線上 。 （ 4） 按下電動機(jī)反轉(zhuǎn)按鈕 ， 將長木板及滑塊移回原位置 ， 重復(fù)以上步驟 ， 進(jìn)行多次測量 。 圖 32 Ft 曲線 Fig. 32 Ft curve 31 5 應(yīng)用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化高中物理實驗教學(xué)策略 在新課程改革推進(jìn)過程中 ， 即將步入中學(xué)課堂的我們需要積 極轉(zhuǎn)變教育觀念 ， 不斷提高自身綜合素質(zhì) ， 抓住應(yīng)用數(shù)字化實驗開展物理教學(xué)的機(jī)遇與挑戰(zhàn) 。 誤差分析 ： （ 1） 連接物體和力傳感器的細(xì)繩與滑輪間有摩擦 ， 會使測得的力偏小 ； （ 2） 可能繩子的方向與物體運(yùn)動的趨勢或方向不在一條直線上 ， 使測得的力不準(zhǔn)確 有關(guān)摩擦力的教學(xué)實踐中 ， 很多老師設(shè)計了不少定性的實驗 ， 在定量的實驗設(shè)計上顯得有些不足 。 （ 3） 點(diǎn)擊 “ 開始記錄 ” 按鈕 ， 對力傳感器進(jìn)行調(diào)零 。 實驗器材 ： 朗威 DISLab、計算 機(jī)、滑動摩擦力探究儀等。 應(yīng)用譚興文老師指導(dǎo)設(shè)計的如下的數(shù)字化實驗（圖 31），則可以從實驗的角度突破這一難點(diǎn)，從而避免人為的理想化分析。 實例 4： 探究最大靜摩擦力與滑動摩擦力間的關(guān)系 雖然人教新課標(biāo)高中物理必修 1 第三章第 3 節(jié) —— 摩擦力沒有提到最大靜摩擦力與滑動摩擦力間的關(guān)系問題，但在實際教學(xué)的時候，由于這個問題經(jīng)常出現(xiàn)在大量的練習(xí)題中，老師都會主動提及這個問題， 一般基本上是 直接告訴學(xué)生：最大靜摩擦力約大于滑動摩擦力，一般情況下，可以認(rèn)為最大靜摩擦力大小等于滑動摩擦力大小。 拓展 在該實驗中，只在螺線管軸線方向上應(yīng)用位移傳感器 來研究其軸線上的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布情況，而在垂直于軸線方向上只是定性地說明磁感應(yīng)強(qiáng)度大小基本不隨到中心軸線的距離改變而變。 電源電壓 ： 電源電壓 ： 電源電壓 ： 其平均值為 %，在精度要求不高的情況下，我們可以認(rèn)為通電螺線管內(nèi)部（除端口附近）是勻強(qiáng)磁場。 如果我們把圖 28 中的圖線進(jìn)一步放大，我們會發(fā)現(xiàn)比較明顯的鋸齒，如圖 29 所示。 （ 8） 點(diǎn)擊“組合圖線”，添加“ BS”圖線，將采樣頻率設(shè)置為 “ 50”，打開“計算表格”，點(diǎn)擊開始。 （ 4） 將磁傳感器固定在支架上，調(diào)整其高度，使探管與螺線管 中心 軸線 在同一高度 。如在該實驗中再組合運(yùn)用位移傳感器，則不僅 可以簡化操作，還可以實時觀察螺線管內(nèi)部磁 感應(yīng)強(qiáng)度大小變化情況。將 磁傳感器探管伸入螺線管內(nèi)部，且距離端口的距離大于 cm，在中心軸線附近上下左右移動，發(fā)現(xiàn)磁感應(yīng)強(qiáng)度大小數(shù)值基本不變。 （ 5） 將磁傳感器探管推入螺線管 ， 每次移動 ， 輸入 s 值和 對應(yīng)的磁感應(yīng)強(qiáng)度值 ，如表 6 所示 。 圖 24 實驗 裝置 圖 Fig. 24 The experimental setup 24 實驗操作 ： （ 1） 將 磁傳感器接入數(shù)據(jù)采集器 ，接通采集器電源，使磁傳感器預(yù)熱 4 分鐘。 實驗?zāi)康?： 探究 通電螺線管內(nèi)部的磁感應(yīng)強(qiáng)度 大小，并研究其分布規(guī)律。 在 《 朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室 實驗實例》（第二次修訂版）手冊中有這一實驗 的具體內(nèi)容，但得出的磁感應(yīng)強(qiáng)度分布圖形 不能看出通電螺線管內(nèi)部是勻強(qiáng)磁場。 在有關(guān)幾種 常見的磁場的實際教學(xué)中 ， 教師一般都會直接講到通電螺線管 內(nèi)部是個勻強(qiáng)磁場 ， 無法使學(xué)生真正信服 。 應(yīng)用力傳感器和光電門這一數(shù)字化實驗器材 ，可以對動量定理的教學(xué)進(jìn)行全新的構(gòu)思，這 無疑體現(xiàn)了技術(shù)的進(jìn)步對教學(xué)改進(jìn)的巨大作用！ 實例 3： 探究 通電螺線管 內(nèi)部 的磁感應(yīng)強(qiáng)度 大小分布規(guī)律 進(jìn)入到有關(guān)磁的教學(xué)時，學(xué)生普遍感受到這一部分內(nèi)容比較抽象，其原因之一在于難以運(yùn)用傳統(tǒng)實驗設(shè)備 有效開展實驗，從而 不能 形象 直觀 地展示有關(guān)現(xiàn)象。m/s) △ p(kg （ 10） 計算三次實驗沖量與動量 變化量的相對誤差，如表 5 所示。 （ 8） 在“組合圖線”窗口中，用圖線控制功能，將碰撞時的“ Ft”圖線回放，選取有效區(qū)域后，啟用“其他處理”中的“積分”功能，計算出力與時間的積分值，即小車碰撞前后的動量變化，如圖 20 所示。 （ 4） 打開教材通用軟件 ， 點(diǎn)擊 “ 組合圖線 ”， 添加 “ 力 時間 ” 圖線 ， 將采樣頻率設(shè)置為 “ 500”。 實驗裝置 圖： 如圖 19 所示。 實驗原理 ： 在軌道上，用小車與力傳感器的測鉤碰撞，測出小車碰前和碰后返回通過光電門的時間，計算小車速度的變化，從而得到小車動量的變化。其次，由于運(yùn)用傳統(tǒng)實驗設(shè)備不便于測量力作用的時間和力的大小，在傳統(tǒng)實驗器材范疇內(nèi)難以設(shè)計實驗驗證或探究動量定理。雖然實驗失敗了，但在理論上找到了慣性與質(zhì)量間關(guān)系的依據(jù)，并發(fā)表在全國中文核心期刊 —— 中學(xué)物理教學(xué)探討，且因此文被中學(xué)物理教學(xué)參考雜志社評為優(yōu)秀作者。 選擇這一實驗的最初想法是打算應(yīng)用數(shù)字化實驗來驗證這樣一個問題 ： 速度相同的不同質(zhì)量的木塊同時制動 ， 它們的滑行距離是一樣遠(yuǎn)的 ； 而速度相同的不同質(zhì)量的汽車同時制動 ， 依據(jù)生活經(jīng)驗可知 ： 質(zhì)量大的汽車滑行距離遠(yuǎn) 。 （ 4） 由 于小車和軌道間的接觸并不是十分穩(wěn)定，導(dǎo)致小車在運(yùn)動過程中發(fā)射搖擺。 （ 4） 實驗結(jié)果： 依據(jù)圖 1圖 18 可知，在誤差允許范圍內(nèi)，加速度與力成正比、與質(zhì)量成反比。 （ 9） 點(diǎn)擊 “ aF 圖像 ”按鈕，即得到加速度與拉力關(guān)系圖線，如圖 16 所示 。 待小車停止運(yùn)動 ， 點(diǎn)擊 “ 停止記錄 ”。但加速度接近零時，可以認(rèn)為小車重力沿斜面的力已與小車和軌道之間的摩擦力平衡，見圖 14。 實驗器材： 朗威 DISLab 數(shù)據(jù)采集器、位移傳感器、 DISLab 配套力學(xué)軌道、 DISLab 配套 力學(xué)小車、支架、計算機(jī) 、天平 等。如用打點(diǎn)計時器等傳統(tǒng)實驗設(shè)備來探究 ，則會花費(fèi)大量的時間和精力處理數(shù)據(jù)以計算出小車的加速度，特別是尋找加速度與質(zhì)量間關(guān)系時，難以將學(xué)生積極的思維活動用于探求加速度與力、質(zhì)量間的關(guān)系 。 16 4 應(yīng)用數(shù)字化實驗平臺優(yōu)化整合高中物理實驗教學(xué) 《基礎(chǔ)教育課程改革綱要（試行）》指出：“大力推進(jìn)信息技術(shù)在教學(xué)過程中的普遍應(yīng)用，促進(jìn)信息技術(shù)與學(xué)科課程的整合，逐步實現(xiàn)教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)方式，學(xué)生的學(xué)習(xí)方式，教師的教學(xué)方式和師生互動方式的變革，充分發(fā)揮信息技術(shù)的優(yōu)勢，為 學(xué)生的學(xué)習(xí)和發(fā)展提供豐富多彩的教育環(huán)境和有力的學(xué)習(xí)工具。 總的來說，我們 需要用辨證的眼光審視傳統(tǒng)實驗和數(shù)字化實驗， 不可將數(shù)字化實驗和傳統(tǒng)實驗對立起來：片面強(qiáng)調(diào)數(shù)字化實驗系統(tǒng)的優(yōu)點(diǎn)，而拋棄傳統(tǒng)實驗方式；或固守傳統(tǒng)實驗方式，對數(shù)字化實驗系統(tǒng)嗤之以鼻。并且數(shù)字化實驗具有很強(qiáng)的拓展性，能夠更 加方便地開展研究型課程和進(jìn)行研究性學(xué)習(xí)，給了學(xué)生更為廣闊的進(jìn)行自主發(fā)展的空間。數(shù)字化的動態(tài)過程創(chuàng)設(shè)了學(xué)習(xí)的新陣地，使學(xué)生了解現(xiàn)代科學(xué)技術(shù)的新成就。 情感 態(tài)度與價值觀維度的 比較 培養(yǎng)學(xué)生的興趣、激發(fā)學(xué)生的求知欲 物理實驗 有助于 引導(dǎo)學(xué)生從感性認(rèn)知到理性認(rèn)識過渡，啟發(fā)他們認(rèn)識物理現(xiàn)象、物理問題，以激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的求知欲，從而轉(zhuǎn)化為探索科學(xué)知識的持久興趣和飽滿的熱情。因此，在 培養(yǎng)學(xué)生洞察力和想象力方面 ，傳統(tǒng)實驗是有所欠缺的。 良好的注意力、敏銳的洞察力、豐富的想象力， 是物理研究也是創(chuàng)造性人才 不可缺少的思維品質(zhì)。數(shù)字化實驗儀器具有測量范圍廣、測量精度高、操作簡便、數(shù)據(jù)分析迅速準(zhǔn)確等特點(diǎn)，可以達(dá)到很高的設(shè)計要求。 傳統(tǒng)實驗側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生計算、作圖、歸納等基礎(chǔ)能力；數(shù)字化實驗則更加側(cè)重于培養(yǎng)學(xué)生數(shù)形結(jié)合能力、對知識和規(guī)律的探求能力，數(shù)字化實驗中的各種函數(shù)擬合功能，還有助于培養(yǎng)學(xué)生 基于 信息構(gòu)建物理模型的能力。 數(shù)據(jù)處理過程中的計算 、 作圖能力 ， 數(shù)形結(jié)合 、 探索規(guī)律 、歸納 結(jié)論的能力 傳統(tǒng)實驗在數(shù)據(jù)處理方面所花的時間 比較 長，學(xué)生要經(jīng)過詳細(xì)的計算或描點(diǎn)作圖，才能夠根據(jù)計算的結(jié)果或作出 的圖象進(jìn)行分析 、 歸納 、總結(jié) ，得出結(jié)論。 實驗過程中的有序操作和排除故障的能力 正確 有序的實驗操作，是 完成實驗 的關(guān)鍵。對數(shù)字化實驗 而言，這方面的能力要求 降低了許多。 數(shù)字化實驗不要求學(xué)生了解傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機(jī)等的內(nèi)部構(gòu)造，對實驗器材的觀察少了不少要求 ，但 將 學(xué)生 積極的思維活動寓于現(xiàn)象觀察之中，對學(xué)生觀察圖像的能力要求較高。第三，由計算機(jī)代替人腦對數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，避免了繁瑣的計算或作圖過程，從而有更多的時間、精力用于研究掌握物理學(xué)規(guī)律上 。 知識與技能維度的比較 物理學(xué)基礎(chǔ)知識學(xué)習(xí) 不管是傳統(tǒng)實驗，還是數(shù)字化實驗，都有助于學(xué)生認(rèn)知、理解、掌握高中物理中的基本概念和規(guī)律。 此外，數(shù)字化實驗 系統(tǒng)的 維護(hù)成本高。 投入資金比較 整個數(shù)字化實驗室建設(shè)的費(fèi)用在 35 萬左右，其中數(shù)字化傳感器的費(fèi)用在 12 萬左右，其他電腦多媒體和實驗室改造的建設(shè)費(fèi)用在