传感器技术在物理新课程实验情境教学中的应用研究中.doc

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1、传感器技术在物理新课程实验情境教学中的应用研究（中）检测砝码落下时对底板的冲力，图２的Ａ，Ｂ显示当橡皮筋粗细不同时冲力的大小不同。利用软件数据处理的功能，分别将图２Ａ，Ｂ中的力对时间积分，求得砝码对底盘碰撞的冲量，结果如图３Ａ，Ｂ所示，一个是4.15Ns，一个是4.16Ns，即冲量大小相同。为了更清晰地显示实验过程，还可以通过改变坐标的范围，将图线的某一部分放大或缩小。例如图２A中，在0.72s到0.88s之间图线很复杂。将坐标的起点和终点设为0.72s和0.88s则清楚地显示了这段时间内冲力的变化情况如图４所示。3.3案例电磁感应现象拓展研究引入：回顾电磁感应的三个实

2、验图5-1-2中将检流计和线圈连成闭合回路，用条形磁铁在线圈中插入或拔出，可以看到什么现象？质疑：该实验只能看到检流计偏转，感应电流是否只在某一刻产生，只有一个值？学生回答：在插入或拔出线圈的过程中磁通量都在发生变化，且变化量不同，根据电磁感应定律分析过程。结论：在插入或拔出的过程中，产生的感应电流是一个变化量。引入探究主题：假如是一个磁体掉进线圈，感应电流的变化曲线是什么样的。设计实验引导：1.理想化模型设置：在原实验中，线圈和条形磁铁发生相对运动。但是线圈和条形磁铁体积都比较大，都不能看成点或面。为了研究的方便，可以采取下述两种方案来研究A：取单匝线圈，研究磁通量发

3、生变化时，产生的感应电流变化曲线B：将条形磁铁近似为一个质点，研究该质点经过线圈时，产生的感应电流变化曲线2.A方案相对简单，针对B方案仪器的选择进行探讨可看作质点的磁体选择：该磁体相对于线圈，体积克较小。具体选择可以由实验室条件决定到市场上购买体积较小的磁体。线圈长度、横截面积选择：磁体自由下落到线圈中产生感应电流，分析产生感应电流的方向。分析可知，在磁体进入磁铁过程中产生感应电流与从线圈中出来时感生的感应电流方向相反。也就是说，最起码要让传感器记录两个方向相反的数据。观察传感器记录数据的频率，估测磁体在线圈运动时的平均速度。结合传感器采集数据的最小频率，选取线圈长度

4、。根据电磁感应定律和磁通量概念，可知相同条件下，在线圈横截面积尽量小（可让磁体顺利通过为前提）时，产生的感应电流较大，使实验现象更明显，有利于探究规律。进行实验：1.A方案装置图条形磁钢图5-1-4实验数据如表5.1.1，图像如图5-1-5，图5-1-6为改变磁极方向下落后的实验数据图像。表5.1.1时间(s)电流(A)1.455-0.0061.46-0.0061.465-0.0481.47-0.0481.475-0.2041.48-0.2041.485-0.0481.49-0.0481.4950.1621.50.1621.5050.121.510.0241.5150.

5、0241.520.0061.5250.006图5-1-6图5-1-5实验中发现的问题和解决方法：磁体自由落体运动到单匝线圈产生感应电流，大块磁体很难掉进线圈，用一个纸筒引导磁体下落，可顺利完成该实验。2.方案B实验装置如图5-1-7.图5-1-8图5-1-7实验中发现的问题和解决方法：用小磁体时，容易发生反转，得到的感应电流在正负交替变化，大小没有规律。要克服这一现象，想到的办法有：磁体外面包一层橡皮泥，或者将一铁丝吸在磁体上使纵向变长。橡皮泥密度较小，不能很好的稳定磁体，依然发生反转，排除该方案。如图5-1-8铁丝吸在磁体上能很好地稳定磁体的运动状态。实验数据：表5.

6、1.2时间(s)电流(mA)时间(s)电流(mA)时间(s)电流(mA)1.4350.00061.53-0.131521.6250.118381.440.00061.535-0.131521.630.118381.445-0.000721.54-0.130681.6350.116581.45-0.000721.545-0.130681.640.068581.455-0.0031.55-0.092221.6450.068581.46-0.0031.555-0.092221.650.031621.465-0.006721.56-0.054481.6550.031621.47

7、-0.006721.565-0.054481.660.0121.475-0.012121.57-0.024421.6650.0121.48-0.012121.57501.670.005521.485-0.020521.5801.6750.005521.49-0.020521.585-0.00061.680.0031.495-0.034681.59-0.00061.6850.0031.5-0.06091.5950.009781.690.001921.505-0.06091.60.009781.6950.001921.51-0.10831.6