《傳感技術與中學物理探究實驗》以美國PASCO公司提供的“科學工作室”實驗系統(tǒng)為平臺，以中學物理新課程內(nèi)容與理念為基礎，將傳感器與中學物理實驗進行有效整合，設計了關于力、熱、電、光、原子物理等上百個物理探究實驗。實驗采用先進的傳感技術采集各種物理量的數(shù)據(jù)，將各種外界信號轉(zhuǎn)換成電腦可以識別的電信號，通過數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換接口在電腦軟件中顯示即時的實驗數(shù)據(jù)。PASCO數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)（包括采集器、傳感器、軟件等）令實驗操作簡單方便，信息獲取準確，實驗過程清晰直觀，數(shù)據(jù)的采集和分析精準，是開展中學物理實驗設計與實驗探究的理想平臺。
《傳感技術與中學物理探究實驗》分兩部分，部分主要介紹各種：PASCO傳感器的特點和工作原理；第二部分精選了初中和高中部分物理實驗內(nèi)容，讓學生運用傳感器開展實驗設計與探究，學生可以通過查閱和搜集資料自行推證有關理論、設計實驗方案、選擇實驗器材，獨立地進行操作和測量，并完成實驗數(shù)據(jù)分析、處理，以得出探究結(jié)論。《傳感技術與中學物理探究實驗》對有效提高學生的實驗設計與研究能力，促進學生創(chuàng)造性思維能力的發(fā)展具有不可估量的作用。
《傳感技術與中學物理探究實驗》可作為高等師范院校物理教育專業(yè)本科生和研究生的教材，也可作為中學物理教師培訓教材以及中學生課外活動的參考資料。
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社會科技的發(fā)展推動了傳感器技術的廣泛應用，同時也使得國內(nèi)外物理教育領域開始重視傳感器在物理實驗（教學）中的應用，其目的在于培養(yǎng)學生的科技意識、創(chuàng)新能力和科學素養(yǎng)。在中學物理實驗教學中引入傳感器技術，不僅使應用某些傳統(tǒng)物理實驗器材無法完成的實驗成為可能，還能促使學生了解先進的科學技術，感悟科學的魅力，獲得科學的學習方法，形成正確的思維方式，極大地提高了中學物理實驗教學績效。在物理新課程改革中把傳感器與中學物理實驗的結(jié)合作為重要內(nèi)容和課程理念體現(xiàn)在新課程標準中，將傳感器傳感技術、信息技術、計算機技術融入中學物理實驗和中學物理教學中已經(jīng)成為引領物理教育發(fā)展的新趨勢。
讓學生較獨立地進行科學探究，培養(yǎng)學生的自主探究、自主學習、自己解決問題的能力是中學物理課程基本理念之一。將傳感器技術應用于物理實驗探究教學中是貫徹這一理念的最有效的手段和途徑。因此，我們組織編寫了《傳感技術與中學物理探究實驗》，旨在提高物理師范生、研究生和在職教師運用傳感技術設計探究實驗的能力和組織探究實驗教學的水平，為更有效地指導中學生“經(jīng)歷科學探究過程，認識科學探究的意義，嘗試應用科學探究的方法研究物理問題，驗證物理規(guī)律”打下良好基礎。
我們主要采用了美國PASCO公司生產(chǎn)提供的“科學工作室”（science workshop），該儀器種類齊全，涵蓋關于力、熱、波、電、磁、光、原子物理等上百個物理實驗；采用先進的傳感技術采集各種物理量的數(shù)據(jù)，傳感器的數(shù)量超過50種；利用先進的數(shù)據(jù)采集技術，令物理實驗更準確、更有效率；而且實驗操作簡單，設計新穎，既可做定量探究實驗，也可做定性探究演示實驗。
“科學工作室”主要由三部分組成：計算機接口，它將來自傳感器的數(shù)據(jù)信號輸入計算機，采樣速率最高為每秒25萬次；傳感器，利用先進的傳感技術，可適時采集物理實驗中各種變化物理量的數(shù)據(jù)；軟件（即Data Studio），用來分析和處理數(shù)據(jù)。
PASCO傳感器具有操作簡單、數(shù)據(jù)準確、品種齊全的特點。學生運用傳感器進行探究實驗，可以不從實驗器材上考慮實驗的可行性與可操作性，以集中精力思考探究的思路、方法與策略，不僅為實驗探究設計方案、采集數(shù)據(jù)、分析數(shù)據(jù)，而且為探究提供更多的思維空間。傳感器技術不僅彌補了傳統(tǒng)物理實驗教學工具的缺陷，而且革新了物理實驗儀器與方法，拓展了物理實驗的內(nèi)容，符合了實驗探究的真正目的，可以更加有效地培養(yǎng)學生的創(chuàng)新思維能力。
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目錄
前言
第1章 傳感器簡介1
1.1 傳感器定義1
1.2 傳感器技術在中學物理實驗中的作用1
1.3 傳感器的構(gòu)成3
1.4 傳感器的分類4
1.5 幾種常見傳感器的工作原理4
第2章 美國PASCO公司的數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)簡介21
2.1 數(shù)據(jù)采集器系統(tǒng)特點21
2.2 采集器21
2.3 傳感器22
2.4 軟件25
第3章 力學探究實驗27
3.1 測單擺周期27
3.2 測量物體的相對速度29
3.3 位置-時間圖像描繪32
3.4 速度-時間圖像描繪33
3.5 測即時速度和平均速度35
3.6 測電動車的速度37
3.7 勻速運動和勻加速運動研究39
3.8 勻加速直線運動研究41
3.9 研究位移、速度和加速度在直線運動中的關系43
3.10 測量小車沿斜面下滑的加速度45
3.11 測自由落體加速度48
3.12 用光電門測自由下落物體的加速度50
3.13 改變初速度的拋體運動研究52
3.14 改變發(fā)射角的拋體運動研究55
3.15 牛頓第一定律驗證58
3.16 牛頓第二定律（質(zhì)量恒定）驗證61
3.17 牛頓第二定律（力恒定）驗證63
3.18 用牛頓第二定律測物體的質(zhì)量65
3.19 牛頓第三定律驗證67
3.20 用亞特伍德機研究物體加速度與所受力的關系68
3.21 應用阿基米德定律測液體密度72
3.22 測定靜摩擦和滑動摩擦系數(shù)74
3.23 研究影響滑動摩擦力的因素78
3.24 研究形狀對物體臨界速度的影響81
3.25 研究物體的質(zhì)量對臨界速度的影響82
3.26 研究非彈性碰撞中的動量守恒84
3.27 研究彈性碰撞中的動量守恒86
3.28 碰撞中沖量和動量關系研究88
3.29 自由落體的能量守恒研究90
3.30 研究重力勢能與高度的關系92
3.31 測量彈簧的勁度系數(shù)93
3.32 測量彈簧的彈性勢能95
3.33 重力勢能與動能轉(zhuǎn)變關系研究98
3.34 重力勢能與電能轉(zhuǎn)換研究101
3.35 單擺能量守恒研究103
3.36 驗證功能原理106
3.37 測量彈性和非彈性碰撞中的動量和動能108
3.38 測量彈簧上的物體作簡諧運動的周期114
3.39 受迫振動研究117
3.40 簡諧振動的研究119
3.41 測量復擺的周期122
3.42 測定復擺的向心力124
3.43 測量轉(zhuǎn)動圓盤的角位移和角速度127
3.44 測量物體的轉(zhuǎn)動慣量129
第4章 熱學探究實驗133
4.1 研究熱與溫度的關系133
4.2 研究輻射能量轉(zhuǎn)換135
4.3 測定金屬比熱137
4.4 測熱功當量值140
4.5 驗證玻意耳定律143
4.6 驗證蓋·呂薩克定律145
第5章 聲學探究實驗149
5.1 聲波的特性和行為研究149
5.2 橫波與縱波的演示152
5.3 波的一般特征研究153
5.4 研究弦上駐波155
5.5 研究管中聲音共鳴模式159
5.6 測定空氣中的聲速163
5.7 聲波的疊加研究165
5.8 研究聲波的干涉—拍167
第6章 光學探究實驗171
6.1 薄透鏡的物距和像距關系研究171
6.2 研究光的反射與折射174
6.3 測量凹面鏡的焦距177
6.4 制作望遠鏡和顯微鏡179
6.5 研究光強度的變化184
6.6 探究距離對光強的影響187
6.7 驗證（馬呂斯）定律189
6.8 光的衍射研究192
第7章 電學探究實驗197
7.1 靜電感應研究197
7.2 研究靜電分布199
7.3 靜電場描繪201
7.4 驗證歐姆定律204
7.5 探究簡單電路的電壓和電流207
7.6 探究串、并聯(lián)電路電阻212
7.7 驗證基爾霍夫定律218
7.8 充放電狀態(tài)下的RC回路研究220
7.9 研究LRC振蕩電路222
7.10 二極管一般特性研究225
7.11 建立整流器228
7.12 研究NPN晶體管數(shù)字開關230
7.13 測定晶體管電流增益232
第8章 磁學探究實驗236
8.1 測量地球磁場236
8.2 研究永磁體的磁場239
8.3 電磁感應研究241
8.4 測通電線圈中的磁場243
參考文獻247
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