信息技术与物理学科深度融合案例 实验：物理反应时间尺

信息技术与物理学科深度融合案例

实验：物理反应时间尺

实验背景

“物理反应时间尺”是人教版高中物理必修一第二章第五节《自由落体运动》中“做一做”的内容，其中介绍了一种测定人的反应时间的简单方法。让一位同学A用两个手指捏住直尺的顶端，另一位同学B用一只手在直尺下方做捏尺的准备，但手不能碰到尺，记下这时手指在直尺的位置。当同学B看到同学A放开尺子时，同学B立即捏住直尺。测出尺子下落的高度，根据自由落体运动的知识，便可计算出同学B的反应时间。该方法简单易行，但每次都要进行计算才能间接地得出人的反应时间，且每次都需要两人配合完成。能否设计一个特殊的尺子及实验装置，一个人便能独立完成，且能立即读出对应的时间。

本节课将通过Excel软件制作反应尺，利用国产开源硬件“行空板”制作实验装置，实现一人独立完成实验，并可进一步完成自动测量、显示反应时间。

实验目的

1.综合运用自由落体公式解决实际问题。

2.熟练使用Excel软件中公式，计算反应时间。

3.了解触摸传感器的使用，学习用行空板编程获得数据并处理数据的方法。

实验原理

1.测定原理自由落体：

常规物体只在重力的作用下，初速度为零的运动，叫做自由落体运动。

自由落体运动源于地心引力，物体在只受重力作用下从相对静止开始下落的运动叫做自由落体（其初速度为V0=0m/s）譬如用手握住某种物体，不施加任何外力的理想条件下轻轻松开手后发生的物理现象。

计算公式h=1/2gt²（g=9.8m/s²），得

2.反应原理：

反应速度是指从某个反射弧的感受器接受刺激开始，经过产生兴奋，传导神经，最后到效应器完成反射所需要的全部时间。反应速度又叫反射时。反射弧完成反射的神经结构，完整的反射弧是由感受器，传入神经、神经中枢，传出神经和效应器等五部分组成。反应速度的快慢跟个性差异有关，还与身体状况，注意力是否集中，不同的神经通路有关。

实验仪器

实验架台、行空板、触摸传感器、按钮、L289N驱动板、钕磁铁、线圈、锂电池组、数据线、计算机。

实验装置——做反应时间尺

在尺子上标注第下降1cm对应的反应时间。

步骤1：先用EXCEL软件计算出每下降1cm对应的反应时间：

在工作表中输入表头，在A2至A26单元格中输入1至25，在B2单元格输入“=SQRT（2*A2*0.01/9.8）”,表中SQRT为返回数值的平方根函数。这样就得到降落1cm对应的反应时间值。选中B2单元格，移向右下方，使指针变成黑色“+”（即填充柄）形，按住鼠标左键向下拖动填充柄至单元格B26，得到每下降1cm对应的反应时间数据。

步骤2：用Word软件进行精确作图

绘制一个高为30cm的矩形框，在绘制均匀的刻度线，可利用绘图工具栏中的“对齐或分布”进行左对齐与纵向分布操作，使用刻度均匀分布。并用文本框标注对应的反应时间数值，复制得到多个。如下图所示（局部图）：

步骤3：制作完成两反应时间尺

将用Word设计好的图形进行电脑打印，沿轮廓线将它们剪下。用双面胶贴到轻纸板上，在顶端粘上钕磁铁。其中一个，用表面无绝缘漆的铜线上下缠绕。

实践活动——分组实验1：

通过查阅资料我们知道，正常情况下人的反应时间在0.15s至0.4s之间。同学们分组实验，用我们制作的反应尺，按照课本上的实验方法，两人一组交替进行实验，并记录手动实际测量的反应时间，与资料中的反应时间0.15s至0.4s进行比较，以验证反应时间尺的有效性。

实验装置——做行空板实验装置

实物图

电池组1为行空板供电，电池组2为L289N供电，以驱动线圈；充电宝为扩展板供电，以支持按钮、触摸传感器、灯环。

行空板插在扩展上，触摸传感器接扩展板引脚P0，按钮接P1，L289N驱动板IN1、IN2分别接P12、P13。灯环接P16。

电路图

测量反应时间

1．手动测量反应时间

当检测到接在P0引脚上按钮被按下，灯环点亮绿灯，L289N驱动线圈产生磁性吸引反应尺上的钕磁铁，使用反应尺悬挂在实验架顶端。10秒后灯环熄灭，程序产生3秒到10秒的随机等待时间，然后红灯点亮，线圈断电，反应尺自由落体。2秒后灯环熄灭。当按钮再次按下，“启动标识”清零。

当学生捏住反应尺后，可从尺子上读出反应时间，并记录。然后再进行重复实验。

此实验装置，可帮助学生一人独立完成实验，且可避免其他人为干扰，数据更真实可信。

2.自动测量反应时间

上个实验装置，最终反应时间仍需测试者通过尺子上的刻度去读出，因尺子测量精度不高，且在读数时还会产生人为误差。所以对测量装置进行改进。

之前制作反应尺时，已在其中一个尺子上缠绕了铜线，我们将铜线用更细的铜丝（表面有绝缘漆）连接到触摸传感器，当尺子自由下落后，被测试者用手捏住尺子会触碰到铜线，行空板会检测到触摸传感器传来高电平信号，并计算从此时到线圈断电时的时间差，从而得到反应时间。将反应时间显示在屏幕上。

实践活动——分组实验2

师：在日常工作与生活中，有时需要人们反应灵敏，对于战士、驾驶员、运动员更是如此。请同学们分成两大组，一组进行手工测量，另一组进行自动测量。

生：将反应时间实验结果记录，计算平均反应时间，两组再进行比较，如数据差距较大，相互交流探讨，分析问题、查找原因，不断调整装置，提升装置准确度。

课后反思

本节课学生通过用Excel处理数据与Word进行作图，增强了学生计算机办公软件应用能力。用行空板加传感器制作实验装置，利用自由落体原理实现自动测量反应时间。通过制作过程，培养了学生的动手能力与解决实际问题的能力。激发了学生学以致用的意识与发明创造的意识，培养了热爱科学的精神与团队协作精神。

演示视频

厉害

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