孫高飛

(江蘇省豐縣中學(xué),江蘇 徐州 221700)

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用DIS對(duì)作用力反作用力的實(shí)驗(yàn)探究

孫高飛

(江蘇省豐縣中學(xué),江蘇 徐州 221700)

通過對(duì)傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與現(xiàn)代DIS實(shí)驗(yàn)器材的對(duì)比，突出了現(xiàn)代科技的優(yōu)越性，對(duì)學(xué)生學(xué)習(xí)科學(xué)文化的知識(shí)興趣有較好的激發(fā).

DIS實(shí)驗(yàn)；作用力；反作用力

實(shí)驗(yàn)教學(xué)目標(biāo)

1.熟悉力傳感器數(shù)據(jù)采集器與計(jì)算機(jī)結(jié)合的DIS實(shí)驗(yàn)操作.

2.通過靜態(tài)下DIS實(shí)驗(yàn)演示，知道作用力反作用力的大小、方向關(guān)系及變化的同時(shí)性.

3.通過不平衡態(tài)DIS實(shí)驗(yàn)演示，知道牛頓第三定律中“總是”的含義，并能糾正一些生活中的錯(cuò)誤認(rèn)識(shí).

實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：

1.實(shí)驗(yàn)名稱

《用力傳感器對(duì)作用力反作用力大小的實(shí)驗(yàn)探究》

2.實(shí)驗(yàn)器材、裝置

多組彈簧秤，力傳感器與計(jì)算機(jī)系統(tǒng)，物塊等

實(shí)驗(yàn)教學(xué)思路 作用力反作用力始終大小相等方向相反，同時(shí)變化的這一知識(shí)點(diǎn)，學(xué)生往往會(huì)有錯(cuò)誤的認(rèn)識(shí)，這一知識(shí)點(diǎn)是教學(xué)的難點(diǎn)，學(xué)生往往會(huì)認(rèn)為作用力先增大，反作用力后增大，認(rèn)為作用力反作用力有先后；在大小的認(rèn)識(shí)上對(duì)靜態(tài)的情況還是能接受的，但對(duì)動(dòng)態(tài)情況(加速或減速)認(rèn)識(shí)上就會(huì)出錯(cuò)，比如說馬拉車加速往前跑，學(xué)生往往認(rèn)為馬拉車的力大于車?yán)R的力，之所以有這樣的認(rèn)識(shí)是車加速跑了.所以設(shè)計(jì)這個(gè)實(shí)驗(yàn)還是必要的.對(duì)于教學(xué)難點(diǎn)的突破是很有效果的，該實(shí)驗(yàn)具有可操作性，易操作性，直觀性，趣味性等相結(jié)合.實(shí)驗(yàn)的直觀性很有說服力，直接證明無論靜態(tài)還是不平衡態(tài)，作用力反作用力始終大小相等，同時(shí)變化；再結(jié)合物體的受力分析，說明車加速是因?yàn)轳R拉車的力大于車所受到的阻力，是車受力不平衡所導(dǎo)致的車加速.這樣就突破了難點(diǎn).該實(shí)驗(yàn)是分組實(shí)驗(yàn)與演示實(shí)驗(yàn)相結(jié)合.

實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

1.讓學(xué)生分組，看兩個(gè)彈簧秤的指針是否在零刻度，然后對(duì)拉兩個(gè)彈簧秤的示數(shù)大小關(guān)系，然后幾次改變拉力，看每次兩彈簧秤的示數(shù)大小關(guān)系，讓學(xué)生得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論.

(使用彈簧秤前先進(jìn)行調(diào)零；拉伸彈簧秤時(shí)不能超過量程；將彈簧秤放在水平桌面上水平拉)

2.在一個(gè)彈簧秤的一端連接一個(gè)物塊，用手拉和其對(duì)拉的另一彈簧秤，在水平桌面上拉物塊加速或減速時(shí)過程中觀察兩彈簧秤的示數(shù)關(guān)系；讓學(xué)生在蹲起過程中用手拎著系統(tǒng)觀察兩彈簧秤的示數(shù)關(guān)系.

(學(xué)生在觀察動(dòng)態(tài)時(shí)的彈簧秤，不容易觀察清示數(shù)，然后提問：作用力和反作用力是同時(shí)變化還是先后變化？設(shè)計(jì)的目的在于激發(fā)學(xué)生求知的欲望，為力傳感器、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)的出場(chǎng)作鋪墊.提出問題：我們有沒有更直觀，更準(zhǔn)確的方法呢？)

3.講解力傳感器、數(shù)據(jù)采集器及計(jì)算機(jī)的工作原理及注意事項(xiàng)，對(duì)力傳感器進(jìn)行數(shù)據(jù)清零.

4.兩個(gè)傳感器對(duì)拉,拉力逐漸增大，然后逐漸減小，直到為零

5.將一個(gè)傳感器拉動(dòng)另一個(gè)傳感器朝一個(gè)方向運(yùn)動(dòng)

6.將兩個(gè)傳感器的掛鉤更換為膠墊,然后將它們對(duì)壓

7.讓學(xué)生拎著系統(tǒng)蹲起

(由于力傳感器帶著數(shù)據(jù)線，在運(yùn)動(dòng)過程中有一定的限制，如果在電梯里做效果將會(huì)更好)

8.在電梯里放一張桌子，在桌子上放一鐵架臺(tái)，把兩力傳感器一端掛在橫梁上，對(duì)拉的另一傳感器的下端掛一物塊，連接采集器和計(jì)算機(jī)，讓電梯一樓升至七樓

(在這個(gè)過程中有加速、勻速、減速的三過程，由于不需移力動(dòng)傳感器，就不會(huì)有數(shù)據(jù)線帶來的不變，最好在觀光電梯中進(jìn)行，而且這個(gè)實(shí)驗(yàn)也可為以后的超失重作鋪墊)

說明 1.該實(shí)驗(yàn)是理解牛頓第三定律的關(guān)鍵實(shí)驗(yàn)，如果用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)(兩個(gè)彈簧秤)來做，靜態(tài)的還是容易觀察的，但是對(duì)于非平衡態(tài)的彈簧秤的讀數(shù)不易觀察，力變化的同時(shí)性沒法驗(yàn)證，但是我們先用傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)使學(xué)生有一個(gè)初步的認(rèn)識(shí)但又感覺到傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的局限性，為DIS實(shí)驗(yàn)的效果作一個(gè)比對(duì)，更加突出了先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)器材和實(shí)驗(yàn)理念的優(yōu)越性.DIS的優(yōu)點(diǎn)非常突出可以記錄作用力反作用力變化的同時(shí)性，方向始終相反，大小始終相等等相關(guān)信息，用力時(shí)間圖像更為直觀明了的解決問題，所以直觀、明了是該實(shí)驗(yàn)的第一亮點(diǎn).

2.書本上提到了DIS實(shí)驗(yàn)，但課本上對(duì)靜態(tài)的情況作了驗(yàn)證，但對(duì)于動(dòng)態(tài)的描述不多，而恰恰學(xué)生的難點(diǎn)出在此，該實(shí)驗(yàn)從水平桌面上拉木塊，到蹲起過程的實(shí)驗(yàn)步驟，較好的解決了非平衡態(tài)時(shí)作用力反作用力的大小關(guān)系等問題，所以解決非平衡態(tài)是該實(shí)驗(yàn)的第二亮點(diǎn).

3.在觀光電梯里做該實(shí)驗(yàn)，我們可以從觀光電梯里的玻璃里看到外面的景物，從而可以知道電梯的運(yùn)行情況.整個(gè)系統(tǒng)在觀光電梯里保持相對(duì)靜止，這樣就避免了數(shù)據(jù)線的干擾，另外在電梯中有加速有勻速有減速，三個(gè)過程很清晰，對(duì)于探究作用力反作用力在平衡態(tài)和非平衡態(tài)的運(yùn)動(dòng)中大小方向的關(guān)系，更具有普遍性和代表性，這是該實(shí)驗(yàn)第三個(gè)亮點(diǎn)，我認(rèn)為也是該實(shí)驗(yàn)的最大亮點(diǎn)，具有創(chuàng)新性，而且在觀光電梯中更優(yōu)化了實(shí)驗(yàn)過程，使學(xué)生去分析生活中的一些自然現(xiàn)象從而更好的理解物理規(guī)律，也達(dá)到了從生活走進(jìn)物理，從物理走進(jìn)社會(huì)的新課標(biāo)理念.

4.該實(shí)驗(yàn)不僅解決了這一課的教學(xué)難點(diǎn)，也為接下來的超失重作了鋪墊，這是該實(shí)驗(yàn)的第四亮點(diǎn).

[1]戴鳳國(guó).審視實(shí)驗(yàn)復(fù)習(xí)誤區(qū),突破電學(xué)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)[J].物理教學(xué)探討,2010(13):102-103.

[2]石延革.新課改高中物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)策略探析[J].教育,2016(06)：293.

[責(zé)任編輯：閆久毅]

2017-05-01

孫高飛(1979-)男，江蘇豐縣人，本科，中學(xué)一級(jí)教師，主要從事高中物理教學(xué)研究.

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1008-0333(2017)18-0064-02