謝紫娟 邱胤發(fā)

（1.玉林師范學(xué)院，廣西 玉林 537000；2.賀州市平桂管理區(qū)教育局，廣西 賀州 542601）

動(dòng)量定理是力學(xué)中一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，而關(guān)于動(dòng)量定理的理解和具體的應(yīng)用是學(xué)生學(xué)習(xí)的難點(diǎn).文中運(yùn)用力傳感器對(duì)課本中“做一做——細(xì)線會(huì)不會(huì)被拉斷”進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)，成功地突破了重點(diǎn)和難點(diǎn)，力傳感器實(shí)時(shí)記錄了實(shí)驗(yàn)過程中力的變化情況，使學(xué)生全面地了解真實(shí)的物理過程，理解掌握動(dòng)量定理，在實(shí)際教學(xué)中取得了較好的效果.

1 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)驗(yàn)設(shè)備有數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)（DIS）包括計(jì)算機(jī)、數(shù)字采集器、力傳感器（－20～20N）、軟件、細(xì)線、普通橡皮筋和重物（100g）等.如圖1所示為用傳感器研究“細(xì)線會(huì)不會(huì)被拉斷”的實(shí)驗(yàn)示意圖和實(shí)物圖.

（1）將計(jì)算機(jī)和數(shù)據(jù)采集器用數(shù)據(jù)線把連接起來，然后將力傳感器固定在鐵架臺(tái)上，重物分別用細(xì)線和細(xì)線上端拴一段橡皮筋懸掛在力傳感器上，力傳感器與數(shù)據(jù)采集通道相連接，并啟動(dòng)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)軟件，如圖1所示.

圖1

（2）打開數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室系統(tǒng)軟件菜單，設(shè)置數(shù)據(jù)采集取樣點(diǎn)時(shí)間間隔為0.5ms.為了實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)記錄和觀察重物從同樣的高度釋放細(xì)線受力的情況，將顯示模式換成波形模式，同時(shí)打開和數(shù)據(jù)記錄功能.

（3）點(diǎn)擊開始采集數(shù)據(jù)按鈕，繪制“時(shí)間－力”曲線，通過“圖形控制”功能，擴(kuò)大縱、橫坐標(biāo)，“時(shí)間－力”曲線顯示如圖2和圖3所示.

____圖2為重物用細(xì)線懸掛在力傳感器上的情況，A為細(xì)線開始受力點(diǎn)（傳感器沒有校正），B為細(xì)線受力最大即拉斷點(diǎn).由A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)歷了0.0199s，細(xì)線承受的最大拉力即拉斷時(shí)為7.7568N.B點(diǎn)后的圖線為細(xì)線拉斷后，傳感器震動(dòng)情況，直到平衡.

圖2

在圖3中，重物用細(xì)線上端拴一段橡皮筋懸掛在力傳感器上的情況.可以看出，橡皮筋在瞬時(shí)外力作用力下的形變并不是簡(jiǎn)單地滿足胡克定律，而是存在更為復(fù)雜的滯后現(xiàn)象.C為開始受力點(diǎn)，D為細(xì)線上端拴一段橡皮筋受力最大點(diǎn)沒有被拉斷，由C點(diǎn)到D點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為0.0512s，是A點(diǎn)到B點(diǎn)所經(jīng)歷時(shí)間的2.57倍，端拴一段橡皮筋的細(xì)線承受的最大拉力為5.9052N，與細(xì)線承受的最大拉力7.7568N相比，減小了1.8516N，端拴一段橡皮筋的細(xì)線不會(huì)被拉斷.

在相同高度和相同重物下，重物分別用細(xì)線和細(xì)線上端拴一段橡皮筋自由下落.當(dāng)細(xì)線開始承受拉力時(shí)，它們的動(dòng)量變化量相同.根據(jù)動(dòng)量定理，重物分別對(duì)細(xì)線和上端拴一段橡皮筋的細(xì)線沖量也相等，而A點(diǎn)到B點(diǎn)經(jīng)歷了0.0199s，C點(diǎn)到D點(diǎn)所經(jīng)歷的時(shí)間為0.0512s，細(xì)線上平均拉力是上端拴一段橡皮筋的細(xì)線上平均拉力的2.57倍.顯然，上端拴一段橡皮筋的細(xì)線不易拉斷，橡皮筋起到緩沖器的作用.

圖3

2 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

“DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”是運(yùn)用現(xiàn)代信息技術(shù)手段進(jìn)行實(shí)驗(yàn)的簡(jiǎn)稱，比傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)具有簡(jiǎn)單操作、靈敏度高、實(shí)時(shí)記錄、數(shù)據(jù)處理快、效率高的優(yōu)點(diǎn).將傳感器技術(shù)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置結(jié)合，不僅解決了有關(guān)動(dòng)量定理的問題，而且完美地記錄了作用過程中瞬時(shí)力的變化情況，使學(xué)生全面地了解真實(shí)的物理過程，理解掌握緩沖原理.“DIS實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)”能緊扣實(shí)驗(yàn)原理，還能使傳統(tǒng)物理實(shí)驗(yàn)得到補(bǔ)充、擴(kuò)展和創(chuàng)新，在實(shí)驗(yàn)課中和課后為學(xué)生準(zhǔn)備多種有趣的創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)和探究活動(dòng)，能激發(fā)學(xué)生們學(xué)習(xí)物理的興趣、指導(dǎo)學(xué)生獲取知識(shí)和應(yīng)用知識(shí)，培養(yǎng)學(xué)生創(chuàng)新能力.

1 李渝翔，劉艷春.用DIS進(jìn)行橡皮筋滯后現(xiàn)象的實(shí)驗(yàn)研究［J］.物理教學(xué)探討，2006（13）：58－59.

2 唐利芳，陳娜娜等.拉伸方式對(duì)橡皮筋的彈力與伸長(zhǎng)關(guān)系的影響［J］.物理教師，2013（4）：43－44.