基于DISLab的_牛頓第三定律_實驗

1、現(xiàn)代教學(xué)技術(shù)基于D ISLab 的“牛頓第三定律”實驗李雪梅趙保鋼(西南大學(xué)物理學(xué)院,重慶4007151引言DISLab 是Digital Information system 三個詞的縮寫,是“數(shù)字化信息系統(tǒng)實驗室”的簡稱,它是一種用于實時采集數(shù)據(jù)的智能化系統(tǒng),由傳感器、數(shù)據(jù)采集器、計算機系統(tǒng)及配套軟件構(gòu)成.新一輪物理課程改革的基本理念是物理課程應(yīng)改變過分強調(diào)知識傳承的傾向,讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程,學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法,培養(yǎng)學(xué)生的探索精神、實踐能力以及創(chuàng)新意識.改革以書本為主、實驗為輔的教學(xué)模式,提倡多樣化的教學(xué)方式,鼓勵將信息技術(shù)滲透于物理教學(xué)之中.DISLab 作為一種現(xiàn)代教育技術(shù)被引入課堂

2、,這是現(xiàn)代信息技術(shù)和學(xué)科教學(xué)整合的一個有益的嘗試,是物理教育現(xiàn)代化的標(biāo)志之一.采用DISLab 設(shè)計并進行“牛頓第三定律”的實驗,以“圖線”這一形象、直觀地反映事物特征的表現(xiàn)形式來展示作用力和反作用力的關(guān)系.運用傳統(tǒng)的實驗無法量化某些物體間的相互作用力,但利用DISLab 能得以實現(xiàn).2基于DISLab 的實驗利用DISLab 的兩個力傳感器來研究牛頓第三定律,通過數(shù)據(jù)采集器和計算機將數(shù)據(jù)和現(xiàn)象記錄并顯示出來,數(shù)據(jù)測量的準(zhǔn)確度高,提高了物理實驗的可信度.讓學(xué)生兩手各持一只力傳感器,保持兩傳感器的手柄平行,讓兩傳感器的測鉤互相鉤住,兩手用力拉,得兩條“力時間”組合顯示圖線(圖1.讓學(xué)生觀察發(fā)現(xiàn)兩

3、條圖線基本重合,表示兩力大小相等.選中其中一條圖線,設(shè)為“鏡像顯示”,對兩力的方向加以區(qū)別,如圖2鏡像顯示的圖線與另一條圖線以x 軸呈上下對稱,說明兩力方向相反.實驗中力的大小隨時可變,并實時顯示 .圖1如果是兩力傳感器的手柄沒平行,測鉤沒正對,就會產(chǎn)生扭力和分力,會影響實驗效果,兩力的大小相差較大.圍繞實驗數(shù)據(jù)的誤差研究和改進,讓學(xué)生養(yǎng)成正確操作和使用儀器設(shè)備的習(xí)慣 .圖2雖然圖像中相互作用的力大小相等、方向相反的規(guī)律得以清晰展現(xiàn),但學(xué)生還是很難理解牛頓第三定律(兩個物體之間的作用力和反作用力總是大小相等,方向相反,作用在一條直線上.中的“總是”這兩個字.為了更好地理解牛頓第三定律,就會產(chǎn)生

4、下面一系列的探究活動.3基于DISLab 的探究活動3.1運動中的物體之間的相互作用力學(xué)生會提出疑問,教師也可引導(dǎo)學(xué)生提出這樣的問題:運動中的物體之間的相互作用力還是“大小相等、方向相反”的嗎?利用DISLab ,學(xué)生很容易進行這個問題的探究.即讓自己處于勻速運動或加速跑的運動狀態(tài),看“鏡像顯示”中的兩條“力時間”圖線是否以x 軸呈上下對稱.學(xué)生通過實驗會發(fā)現(xiàn)運動對兩力“大小相等、方向相反”基本不構(gòu)成影響, 這說明了運動中的物體之間的相互作用同樣遵循牛頓第二定律.圖33.2物體相碰時的相互作用力兩個運動的物體相碰時,它們之間的作用力的關(guān)系會是怎樣的呢?讓兩只力傳感器的測鉤正對,相互敲擊,獲得兩

5、條以x 軸呈上下對稱的圖形(如圖3.44Vol.27No.3物理教師第27卷第3期(2006PH YSICS TEACHER 2006年如果一個運動的物體去碰一個靜止的物體,它們之間的作用力與反作用力還是不是“大小相等、方向相反”的?為了探究這個問題,可引導(dǎo)學(xué)生設(shè)計這樣的實驗:將一只力傳感器固定在鐵架臺上,另一只力傳感器固定在小車上(確保兩只力傳感器在同一高度,測鉤正對.給小車以不同的初速度,兩只力傳感器相碰時的力不同,實驗結(jié)果如圖4所示.質(zhì)量大的物體去碰質(zhì)量小的物體,它們之間的作用力與反作用力的關(guān)系又如何?這就激起了學(xué)生的探究興趣,拓寬實驗探究范疇,學(xué)生會積極動腦思考,改進現(xiàn)有的實驗裝置,完

6、成探究活動 .圖43.3磁鐵間的相互作用力前面所測的物體之間的作用力與反作用力,兩個物體都是相互接觸的.如果是兩塊磁鐵,它們之間的作用是怎樣的?讓學(xué)生手拿兩塊磁鐵,保持很短的一段距離,不管是兩個相同的磁極靠近還是不同的磁極靠近,學(xué)生都能理解兩磁鐵之間的斥力或吸引力是相等的.通過這個實驗學(xué)生可能獲得關(guān)于作用力和反作用力關(guān)系的正確答案,因為,學(xué)生自己兩手握磁鐵,親身感受了吸引力或斥力.在以前的教學(xué)中,教師也往往設(shè)計這樣的實驗.在這里可定量的測量磁力.在力傳感器的測鉤上固定好磁鐵,保持兩傳感器的手柄平行,并保持適當(dāng)?shù)囊欢尉嚯x,慢慢靠近或分開兩傳感器(但兩傳感器不接觸實驗結(jié)果如圖5所示 .圖5磁鐵間的

7、相互作用也遵循牛頓第三定律,學(xué)生是很難理解的.磁力這個問題可引發(fā)一系列的探究問題.可向?qū)W生設(shè)置這樣的問題情境:如果一個磁性較弱的磁鐵與一個磁性強的磁鐵相互作用,這時再問學(xué)生它們間的相互作用力時,學(xué)生的意見就會產(chǎn)生分歧,很多學(xué)生都認(rèn)為磁力強的磁鐵產(chǎn)生的作用力大.我們再采用極限一點的實驗,如用幾枚回形針來代替磁性較弱的磁鐵,結(jié)果又會怎樣呢?回形針的枚數(shù)會不會影響它和磁鐵之間的作用力?學(xué)生應(yīng)用DISLab 對這些問題進行定量的科學(xué)探究,這無疑將提高科學(xué)探究的水平.4結(jié)語DISlab 實驗系統(tǒng)的實時性和直觀性,讓學(xué)生幾乎可同時觀察到實驗結(jié)果,有助于學(xué)生更好的理解“牛頓第三定律”,也使學(xué)生體驗到科學(xué)實驗

8、的真實情景,學(xué)生會異常興奮,并感受到高科技時代的氣息,增強探究科學(xué)問題的好奇心和動力.參考文獻:1廖伯琴主編.物理探究式教學(xué)設(shè)計與案例分析.北京:高等教育出版社,2003.2馮容士.DISLab 與力學(xué)實驗教學(xué).物理教學(xué),2004,(11.3周世平.論DISLab 系統(tǒng)在物理教學(xué)中作用.教育傳播與技術(shù),2004,(1.4劉海華.利用DISLab 改進高中物理實驗教學(xué).中小學(xué)電教,2005,(2.5Hans Pfister.How About a Magnet and a Paper Clip.ThePhysics Teacher ,2005(2.(收稿日期:2005-11-09 圖4(上接第34頁很小,誤差也就很小了.同理,當(dāng)開關(guān)打向×10、×1擋時,即相應(yīng)改變分流電阻的阻值,如圖4所示.為了講清原理,課本向?qū)W生介