運用PASCO數字化感測器定量研究牛頓第三定律實驗（2）
運用PASCO數字化感測器定量研究牛頓第三定律實驗
吉林師範大學物理學院
摘要：牛頓第三定律是高中物理的重要內容, 傳統的實驗器材無法準確地定量探究實驗.本實驗運用PASCO數字化感測器演示作用力與反作用力的大小和方向, 並進一步驗證二者之間的相互關係.
關鍵詞：PASCO感測器;力感測器;牛頓第三定律;
1 實驗裝置改進
牛頓第三運動定律研究的是物體之間相互制約聯繫的機制, 是高中物理「牛頓運動定律」一章的重要內容, 教材中藉助DISLab數字化感測器對牛頓第三定律進行實驗設計與探究, 以定量驗證作用力與反作用力之間的關係.但人教版教材中所用的實驗裝置靈敏度較低, 影響實驗結果, 在測量出數據後, 無法較為準確地判斷.
筆者嘗試運用PASCO數字化感測器對該實驗進行改進, 運用「智能工具」使數據更有可信性.
與人教版教材中的實驗相比, 利用PASCO數字化感測器設計後的改進實驗有以下優點:
(1) 靈敏度高, 運用智能軟體分析數據, 使數據更為準確, 實驗結果精確驗證牛頓第三定律.
(2) 圖像清晰, 便於觀察、對比, 通過電腦讀取實驗圖象更有利於學生理解牛頓第三定律原理.
2 實驗原理
兩物體發生相互作用時, 他們之間的作用力分別作用在這兩個物體上, 大小相等, 方向相反, 並在同一直線上.
3 實驗內容與步驟
3.1 組裝
(1) 把PASCO介面連到計算機上, 接通電源, 把兩個感測器分別接到兩個介面上.
(2) 將掛鉤系在感測器上, 在感測器的掛鉤上系20cm長的一段細繩, 實物裝置如圖1所示.
3.2 實驗步驟
(1) 在記錄數據前, 按力感測器上的歸零按鈕清零.
(2) 點擊「開始」記錄數據.
(3) 將兩個力感測器相反方向拉, 觀察加在力感測器上的力的大小.
(4) 盡量在兩個感測器上加等大的力.一段時間後按停止按鈕結束測量.
(5) 換另一位同學測量, 再收集一組數據.
4 實驗數據圖表示例
4.1 實驗圖表示例
從圖象中可以看出相互作用力的大小相等、方向相反的規律得以清晰展現.圖2與圖圖3是兩位同學分別測量後得到的不同圖像.
4.2 實驗數據
專用軟體提供了智能工具, 可以精確測量某一時刻相互作用力的大小, 從實驗數據層面驗證兩個力的大小是否相等, 得到如表1所示數據.
表1 牛頓第三定律實驗數據表
5 結果討論
從實驗結果可以看出, 在誤差允許的範圍內, 運用PASCO感測器較為精確地驗證了牛頓第三定律.並且, 實驗過程所採集的數據直接被電腦讀取, 實驗過程被清晰地記錄, 更加直觀.
作者簡介：劉茂軍 (1978-) , 男, 副教授、碩士生導師, 教育學博士, 研究方向中學物理實驗、課程與教學論.
基金：吉林省教育廳「十二五」社會科學研究規劃項目, 課題名稱:吉林省高中數字化感測器平台建設的研究與實踐, 課題編號:吉教科文合字[2015]第138號
轉載於《中學物理》高中版2017年15期
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