运用PASCO数字化传感器定量研究牛顿第三定律实验（2）||教学实验研究

运用PASCO数字化传感器定量研究牛顿第三定律实验

吉林师范大学物理学院

摘    要：牛顿第三定律是高中物理的重要内容, 传统的实验器材无法准确地定量探究实验.本实验运用PASCO数字化传感器演示作用力与反作用力的大小和方向, 并进一步验证二者之间的相互关系.

关键词：PASCO传感器; 力传感器; 牛顿第三定律;

1 实验装置改进

牛顿第三运动定律研究的是物体之间相互制约联系的机制, 是高中物理“牛顿运动定律”一章的重要内容, 教材中借助DISLab数字化传感器对牛顿第三定律进行实验设计与探究, 以定量验证作用力与反作用力之间的关系.但人教版教材中所用的实验装置灵敏度较低, 影响实验结果, 在测量出数据后, 无法较为准确地判断.

笔者尝试运用PASCO数字化传感器对该实验进行改进, 运用“智能工具”使数据更有可信性.

与人教版教材中的实验相比, 利用PASCO数字化传感器设计后的改进实验有以下优点:

(1) 灵敏度高, 运用智能软件分析数据, 使数据更为准确, 实验结果精确验证牛顿第三定律.

(2) 图像清晰, 便于观察、对比, 通过电脑读取实验图象更有利于学生理解牛顿第三定律原理.

2 实验原理

两物体发生相互作用时, 他们之间的作用力分别作用在这两个物体上, 大小相等, 方向相反, 并在同一直线上.

3 实验内容与步骤

3.1 组装

(1) 把PASCO接口连到计算机上, 接通电源, 把两个传感器分别接到两个接口上.

(2) 将挂钩系在传感器上, 在传感器的挂钩上系20cm长的一段细绳, 实物装置如图1所示.

3.2 实验步骤

(1) 在记录数据前, 按力传感器上的归零按钮清零.

(2) 点击“开始”记录数据.

(3) 将两个力传感器相反方向拉, 观察加在力传感器上的力的大小.

(4) 尽量在两个传感器上加等大的力.一段时间后按停止按钮结束测量.

(5) 换另一位同学测量, 再收集一组数据.

4 实验数据图表示例

4.1 实验图表示例

从图象中可以看出相互作用力的大小相等、方向相反的规律得以清晰展现.图2与图图3是两位同学分别测量后得到的不同图像.

4.2 实验数据

专用软件提供了智能工具, 可以精确测量某一时刻相互作用力的大小, 从实验数据层面验证两个力的大小是否相等, 得到如表1所示数据.

表1 牛顿第三定律实验数据表

5 结果讨论

从实验结果可以看出, 在误差允许的范围内, 运用PASCO传感器较为精确地验证了牛顿第三定律.并且, 实验过程所采集的数据直接被电脑读取, 实验过程被清晰地记录, 更加直观.

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作者简介：刘茂军 (1978-) , 男, 副教授、硕士生导师, 教育学博士, 研究方向中学物理实验、课程与教学论.

基金：吉林省教育厅“十二五”社会科学研究规划项目, 课题名称:吉林省高中数字化传感器平台建设的研究与实践, 课题编号:吉教科文合字[2015]第138号

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转载于《中学物理》高中版2017年15期