基于DISLab平抛运动实验的改进

谈 敏，丁益民，杨艳娟，张莉丽，郑一丹

（湖北大学，湖北武汉 430062）

基于DISLab平抛运动实验的改进

谈 敏，丁益民，杨艳娟，张莉丽，郑一丹

（湖北大学，湖北武汉 430062）

利用“数字信息系统实验室”（DISLab）对物体的平抛运动进行了实验研究，并针对实验装置中存在问题提出了改进方案，最后将改进后的实验装置与原实验装置的实验结果进行比较研究，结果表明改进后的实验装置明显地提高了测量精度。

平抛运动；传感器；DISLab；电磁铁

“数字化信息系统实验室”（Digital Information System Laboratory，缩写DISLab）是一种由多种物理量传感器、数据采集器和实验软件包构成，集物理量测量、数据记录和数据处理等功能于一体，构建的依托计算机平台的实时实验系统［1］。该系统使学生更容易理解实验原理和物理规律，极大地激发了学生对物理学习的兴趣，促进了物理教学质量的提高。近年来，DISLab作为现代教育技术手段逐渐进入中学物理实验室，成为信息技术与物理学科整合的有效手段［2，3］，因此，研究基于DISLab的物理实验在新课程改革中具有重要的现实意义。

利用DISLab进行平抛运动实验使得该实验操作水平有了很大的提高，具体体现在利用光电门测量飞行初速度、开关传感器测量飞行时间、采集器采集数据并用配套软件绘制飞行轨迹［4］。但是在利用朗威DISLab V6.5进行平抛运动实验时发现在控制小球释放的初速度方面还存在很大不足，针对这个问题，可以用电磁铁代替手释放小球的方法对该实验装置进行了改进。研究表明，改进的实验装置明显地提高了实验测量的精度。下面将重点对改进的方法和实验结果进行论述。

1 原理和方法

回顾传统做法中对这一点的处理，不难发现，对于初速度所要达到的要求都是人为控制的，即要求学生手动的将小球从同一高度自由释放，由于手动控制的人为因素的影响，要使每次的初速度相等是难以达到的，在传统的描迹法研究平抛运动的实验中，由于实验本来的误差就比较大，这一点对整个实验研究的结果影响不大，往往可以忽略。然而，在DISLab平抛运动配套实验中（见图1），由于采用了传感器、数据采集器和计算机图形处理方法，实验效果明显提高，然而，小球的释放仍然采用传统的手动控制的方法，这严重地影响了实验精度的提高，因此，我们在这个方面做了一定的研究和改进，即用电磁铁开关对小球的控制来代替人为手动对小球的控制。

图1 DISLab平抛运动实验装置

电磁铁是应用电流产生磁场和磁能吸引铁的原理而制成的。当电磁铁的励磁线圈通过一定数量的电流时，铁芯就对衔铁产生电磁吸力，将衔铁吸向铁芯。线圈断电后，电磁力消失，衔铁借助一定的作用力返回原来的位置。由此制作的电磁铁开关具有良好的瞬时性，正是运用这一突出特点来改进我们的实验。操作过程中，用小球代替上面提到的衔铁，这样一来，就用通断电来代替了人手对小球的释放，从而达到了小球自由释放这一目的，固定电磁铁在滑槽的高度，就最终拥有了相对确定的初速度。相比较手动将小球重复从同一高度自由释放，引进电磁铁后，可以大大降低实验操作的难度，还可以更大地提高实验测量的精度，下面我们将用具体的实验数据进行的说明。

2 实验结果及分析

表1，表2是将小球放在距离底板0.4 m、0.25 m高度处，分别用原实验装置（朗威DISLab V6.5平抛运动配套器材）和改进后的实验装置测量的实验数据。图2，图3分别是在电脑上显示的平抛运动图象。

表1 H＝0.4 m的实验数据

表2 H＝0.25 m的实验数据

图2 h＝0.4 m时小球的运动轨迹

表3为小球分别放置在高度为0.4 m，0.35 m，0.3 m，0.25 m，0.2 m处时，水平位移的实验测量值与理论计算值的误差。

图3 h＝0.25 m时小球的运动轨迹

从以上实验数据，不难看出，改进后的实验精度得到了明显的提高。由于电磁铁的瞬时性及排除了人手的不稳定性，使误差大大减小；加之电磁铁可固定于滑槽上一点，从而也使得不确定度有了明显的改观。另外，经总结还可发现，释放小球的高度越高，改进的效果越明显。这是因为高度越高，小球的飞行时间越长，偏差就被放大的越多，误差越明显，而同时我们对误差的改进效果也被同等倍数的放大了，因此，改进的效果就随高度的增高而越显著了。

3 结束语

以上探讨了运用DISLab做平抛实验时，应用电磁铁改进实验的方法。通过从不同高度的多次测量和对实验数据的分析，对比了分别用手和电磁铁释放小球时的实验结果和误差，充分证明了在应用电磁铁的情况下，实验测量精度得到了明显的提高。而电磁铁的低成本使得本实验改进的方便可行，具有较大推广价值，并希望对其它实验的改进有所启发，从而促进物理实验的教学质量的提高。

［1］ 吴志山.对通电自感“异常”图像的探究［J］.中国电化教育，2007（4）：74-76.

［2］ 刘海华.利用DISLab改进高中物理教学［J］.中小学电教，2005（2）：37-38.

［3］ 沈军.浅谈使用DISLab进行新教材摩擦力的实验［J］.物理教师，2007，28（1）：32-35.

［4］ 上海中小学数字化实验系统计研发中心.朗威数字化信息系统实验室V6.5用户手册，2009.

［5］ 乔密海.平抛运动实验的改进［J］.物理实验，2008，28（4）：23-24.

Improvement on the Experiment of Horizontal Projectile Motion Based on DISLab

TAN Min，DING Yi-ming，YANG Yan-juan，ZHANG Li-li，ZHENG Yi-dan

（Hubei University，Hubei Wuhan 430062）

This thesis makes use of Dislab to do experimental research on horizontal projectile motion of objects.Aiming at the problem existing in the experiment devices，it proposes an improving project，and comparing the experimental results after improvement with previous ones.The experimental results show that the improving project highly improves the measuring accuracy.

horizontal projectile motion；sensor；Dislab；electromagnet

O 433

A

1007-2934（2011）05-0070-03

2011-01-20