运用PASCO数字化传感器定量研究牛顿第三定律实验

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  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,无法较为准確地判断.
  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.
  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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