D現(xiàn)代實(shí)驗(yàn)技術(shù)——數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）
人們在搬遷至新居時(shí)往往要丈量臥室的面積。過去通常用卷尺量出長和寬，再估算出面積。假如要檢測高度，有時(shí)還得用梯子。
如今，人們常使用一種超聲波測距儀測量平均速度筆記，將它靠在墻壁，對(duì)準(zhǔn)旁邊的墻上，撳下按鍵，屏幕上立即能夠最示所測距離的數(shù)值。一旦長與寬檢測完畢，面積也就立刻顯示下來。檢測高度時(shí)，只要將測距儀置于地面就行了。通常測距儀的檢測值一般可以精確到1cm。
圖1-27
這些超聲波測距儀實(shí)際上是應(yīng)用了數(shù)字化信息技術(shù)。測距儀能發(fā)射超聲波和接收反射的超聲波，經(jīng)過檢查處理來實(shí)現(xiàn)檢測，它集偵測、記錄、運(yùn)算、顯示于一體。
數(shù)字化信息系統(tǒng)強(qiáng)悍的數(shù)據(jù)處理能力及實(shí)時(shí)顯示功能，給數(shù)學(xué)量的檢測帶來了重大變化。
下邊簡單介紹怎樣用數(shù)字化信息系統(tǒng)技術(shù)做化學(xué)實(shí)驗(yàn)。
哪些是數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）？
借助現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行的實(shí)驗(yàn)，稱作DIS實(shí)驗(yàn)，“DIS”是英語“”的簡寫。在數(shù)學(xué)學(xué)中有許多數(shù)學(xué)量，如距離、位移、力、速度、溫度、壓強(qiáng)、電壓、電流等，都可以用DIS進(jìn)行檢測。
1．DIS實(shí)驗(yàn)
DIS是我們對(duì)數(shù)字化信息系統(tǒng)的簡稱，它是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)進(jìn)行學(xué)習(xí)的一種手段。
任何檢測都有三個(gè)組成部份，如圖1-28所示。
圖1-28
從丈量臥室的事例可以看出，現(xiàn)代檢測技術(shù)降低了主觀判定造成的偏差，并且更便捷、更確切。其實(shí)，這些確切度有賴干儀器本身的精確程度。在小學(xué)數(shù)學(xué)的學(xué)習(xí)過程中，將常常用它來進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。
在這兒，我們將首次學(xué)習(xí)DIS，下邊介紹一種DIS的主要元件。
DIS的基本結(jié)構(gòu)是哪些？
【系統(tǒng)框圖】
研究對(duì)象——傳感器→數(shù)據(jù)采集器→計(jì)算機(jī)
圖1-29
【主要元件】
（1）傳感。可以檢測力、位移、溫度、光、電壓、電流等各類數(shù)學(xué)量，并將數(shù)學(xué)量轉(zhuǎn)化成相應(yīng)的聯(lián)通號(hào)。
（2）數(shù)據(jù)采集器。將傳感采集到的各類聯(lián)通號(hào)進(jìn)行處理后輸入計(jì)算機(jī)。
（3）計(jì)算機(jī)。將數(shù)據(jù)采集器輸入的訊號(hào)（實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），通過應(yīng)用軟件進(jìn)行剖析處理，并以多種方式實(shí)時(shí)顯示在計(jì)算機(jī)的屏幕上。
2．DIS的基本結(jié)構(gòu)
DIS由傳感數(shù)據(jù)采集器和計(jì)算機(jī)組成（圖1-29）
如何使用DIS？
DIS是中學(xué)化學(xué)實(shí)驗(yàn)中常用的儀器。下邊以DIS位移傳感為例，熟悉它的使用方式，圖1-30表示用位移傳感測直線距離的情形。
圖1-30
3．練習(xí)使用DIS
用DIS位移傳感檢測距離。
【操作步驟】
1．聯(lián)接數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)，將位移傳感的接收器接入數(shù)據(jù)采集器
2．開啟電源（包括位移傳感的發(fā)射器電源），運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件。
3．點(diǎn)擊DIS“實(shí)驗(yàn)條目”中的“練習(xí)使用DIS”，界面如圖1-31所示。
圖1-31
4．將位移傳感的發(fā)射器與接收器正對(duì)放置，點(diǎn)擊“開始記錄”，觀察計(jì)算機(jī)界面上的數(shù)據(jù)變化，并與刻度尺的檢測結(jié)果進(jìn)行比較。
5．改變接收器和發(fā)射器的相對(duì)距離，檢測其可測的最大距離、最小距離，并將實(shí)驗(yàn)結(jié)果填入表1內(nèi)。
表1位移傳感的檢測范圍
最大距離smax/cm
最小距離smin/cm
點(diǎn)擊
位移傳感測距離的原理
圖1-32
如圖1-32（a）所示，位移傳感由發(fā)射器和接收器組成，發(fā)射器內(nèi)裝有紅外線和超聲波發(fā)射器；接收器內(nèi)裝有紅外線和超聲波接收器。如圖1-32（b）所示，檢測時(shí)，固定在被測運(yùn)動(dòng)物體上的發(fā)射器向接收器同時(shí)發(fā)射一個(gè)紅外線脈沖和一個(gè)超聲波脈沖，接收器收到紅外線脈沖時(shí)開始計(jì)時(shí)t1，收到超聲波脈沖時(shí)停止計(jì)時(shí)t2，計(jì)算機(jī)按照二者的時(shí)差Δt和空氣中的波速，估算出發(fā)射器和接收器之間的距離（紅外線傳播時(shí)間可以忽視）。如同暴雨時(shí)按照閃電和雷聲的時(shí)差來估算雷電發(fā)生處的距離一樣，脈沖的不斷發(fā)射就可以對(duì)運(yùn)動(dòng)物體進(jìn)行跟蹤定位。
如何使用DIS研究變速直線運(yùn)動(dòng)的s-t圖？
4．用DIS研究變速直線運(yùn)動(dòng)的s-t圖
中學(xué)生實(shí)驗(yàn)
用DIS測定位移和速率
【實(shí)驗(yàn)?zāi)康摹?span style="display:none">jZb物理好資源網(wǎng)(原物理ok網(wǎng))
研究變速直線運(yùn)動(dòng)物體的s-t圖，并從中求物體的位移和速率。
【實(shí)驗(yàn)器材】
貨車，1m長的軌道、DIS（位移傳感、數(shù)據(jù)采集器、計(jì)算機(jī)等）。
【實(shí)驗(yàn)推論】
。
探求研究（DIS實(shí)驗(yàn)）
在小學(xué)我們早已學(xué)會(huì)依照運(yùn)動(dòng)物體位移和時(shí)間的關(guān)系畫出它的s-t圖。如今我們用DIS位移傳感研究變速直線運(yùn)動(dòng)的s-t圖。
【實(shí)驗(yàn)過程】
1．實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-33所示，將位移傳感的發(fā)射器固定在貨車上，接收器固定在軌道右端（軌道稍傾斜，使貨車能做變速直線運(yùn)動(dòng)），將接收器與數(shù)據(jù)采集器相連，聯(lián)接數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)。
圖1-33
2．開啟電源測量平均速度筆記，運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)條目”中的“用DIS測定位移和速率”，界面如圖1-34所示。
圖1-34
3．點(diǎn)擊“開始記錄”，放開貨車使其運(yùn)動(dòng)。計(jì)算機(jī)界面的表格內(nèi)，將出現(xiàn)貨車的位移隨時(shí)間變化的采樣點(diǎn)數(shù)據(jù)，同時(shí)在s-t圖上將出現(xiàn)對(duì)應(yīng)的數(shù)據(jù)點(diǎn)，如圖1-35所示。從點(diǎn)的邁向可大致看出貨車位移隨時(shí)間變化的規(guī)律。點(diǎn)擊“數(shù)據(jù)點(diǎn)連線”得到位移隨時(shí)間變化的曲線。
圖1-35如何用DIS測變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速率？
5．用DIS測變速直線運(yùn)動(dòng)的平均速率
根據(jù)前述中學(xué)生實(shí)驗(yàn)的步驟，使載有位移傳感發(fā)射器的貨車做變速直線運(yùn)動(dòng)，獲得如圖1-36所示的s-t圖。
圖1-36
點(diǎn)擊“選擇區(qū)域”，先后將AD、AC、AB選取為研究區(qū)域，觀察實(shí)驗(yàn)界面下方速率窗口中顯示的數(shù)值，并將數(shù)值填入表2，這就是相應(yīng)區(qū)域的平均速率。
表2研究區(qū)域的平均速率
研究區(qū)域
平均速率(barv)/m·s-1
AD
AC
AB
從上述實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中，你能得出哪些推論？
瞬時(shí)速率怎么測定？
6．用DIS測變速直線運(yùn)動(dòng)的瞬時(shí)速率
【實(shí)驗(yàn)過程】
1．實(shí)驗(yàn)裝置如圖1-37所示，在貨車的中心位置上固定擋光片，將光電門傳感固定在軌道側(cè)面，墊高軌道的一端，使固定有擋光片的貨車才能順利通過并能擋光。
圖1-37
2．開啟電源，運(yùn)行DIS應(yīng)用軟件，點(diǎn)擊“實(shí)驗(yàn)條目”中的“用DIS測定瞬時(shí)速率”，界面如圖1-38。
圖1-38
3．點(diǎn)擊“開始記錄”，依次將與軟件中Δs對(duì)應(yīng)的擋光片固定在貨車上，讓貨車從軌道的同一位置由靜止開始下降，記錄下四次擋光的時(shí)聞，DIS實(shí)時(shí)估算出貨車通過光電門時(shí)的平均速率。把軟件界面上的數(shù)據(jù)填入圖1-38所示的界面空格中。
從實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)剖析可知，擋光片的厚度逐步減少時(shí)，測得的速率值越來越趨近于貨車經(jīng)過擋光片所在位置的瞬時(shí)速率。
點(diǎn)擊
光電門傳感
圖1-39
光電門傳感為門式結(jié)構(gòu)，如圖1-39所示。A管發(fā)射紅外線，B管接收紅外線。A、B之間無擋光物體時(shí)，電路斷掉；有物體擋光時(shí)，電路接通。計(jì)算機(jī)按照擋光物體的長度和擋光時(shí)間，手動(dòng)算出物體的運(yùn)動(dòng)速率。
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