DIS實(shí)驗(yàn)與傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的比較牛頓第三定律的實(shí)驗(yàn)

1、4 牛頓第三定律的實(shí)驗(yàn)在初中，學(xué)生們已經(jīng)學(xué)習(xí)了“力的作用是相互的”這一知識(shí)點(diǎn)，以新滬科版初中物理課本為例，在初二下學(xué)期第六章熟悉而陌生的力這一章中，學(xué)生們已經(jīng)知道：一個(gè)物體A對(duì)另一個(gè)物體B施加一個(gè)力F1，反過(guò)來(lái)，物體B也會(huì)對(duì)物體A施加一個(gè)力F2， 這兩個(gè)力大小相等，方向相反且作用在同一直線上。4.1 牛頓第三定律的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證牛頓第三定律實(shí)驗(yàn)原理：對(duì)于每一個(gè)作用力，必然有一個(gè)反作用力。作用力與與反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)的，它們同時(shí)存在，同時(shí)消失，分別作用在兩個(gè)相互作用的物體上。實(shí)驗(yàn)器材：兩個(gè)彈簧秤實(shí)驗(yàn)步驟：（1）選用兩個(gè)相同規(guī)格的彈簧秤，保持它們量程和分度值相同；（2）將兩個(gè)彈簧秤進(jìn)行

2、校零（3）將一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)一段規(guī)定在墻壁上，將兩個(gè)彈簧秤進(jìn)行對(duì)拉，如圖5-18所示. 圖5-18 牛頓第三定律的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)圖（4）觀察彈簧秤示數(shù)變化總結(jié)：彈簧秤對(duì)拉后，左右端的彈簧秤都有示數(shù)，說(shuō)明:右端彈簧秤對(duì)左端彈簧秤施加一個(gè)拉力F1，同時(shí)，左端彈簧秤也給右端彈簧秤一個(gè)拉力F2，因此，F(xiàn)1和F2是相互作用力。對(duì)拉后彈簧秤的示數(shù)大小相等，方向相反，并且作用在同一方向上。因此，我們可以知道相互作用的兩個(gè)力之間的關(guān)系為：兩個(gè)物體間的作用力與反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上。4.2 牛頓第三定律的DIS實(shí)驗(yàn) 實(shí)驗(yàn)?zāi)康模候?yàn)證牛頓第三定律實(shí)驗(yàn)原理：對(duì)于每一個(gè)作用力，必然有一個(gè)反作用力。作用

3、力與與反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)的，它們同時(shí)存在，同時(shí)消失，分別作用在兩個(gè)相互作用的物體上。實(shí)驗(yàn)器材：力傳感器數(shù)據(jù)采集器計(jì)算機(jī)數(shù)據(jù)線實(shí)驗(yàn)步驟：（1）用數(shù)據(jù)線將力傳感器數(shù)據(jù)采集器以及計(jì)算機(jī)連接起來(lái)圖5-19 彈簧測(cè)力計(jì)對(duì)拉實(shí)驗(yàn)圖（2）雙手各持一個(gè)傳感器且保持兩傳感器在同一直線上，將兩傳感器的測(cè)鉤勺相鉤住，如圖5-19所示。圖5-20 牛頓第三定律的DIS實(shí)驗(yàn)（3）打開(kāi)在計(jì)算機(jī)上打開(kāi)數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室軟件，點(diǎn)擊“通用軟件”，進(jìn)行“參數(shù)設(shè)定”和“傳感器凋零”后，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，將兩個(gè)傳感器對(duì)拉，得到“力與時(shí)間”的圖像，如圖5-20所示。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)圖像并討論。（4）將一個(gè)力傳感器分別固定盒子上，另一個(gè)傳感器

4、放在手上，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，拉動(dòng)傳感器做勻速直線運(yùn)動(dòng)，如圖5-21所示，得到“力與時(shí)間”的圖像，如圖5-22所示。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)圖像并圖5-21 拉小車(chē)實(shí)驗(yàn)圖討論。圖5-22 “力與時(shí)間”的圖像圖5-23 對(duì)拉實(shí)驗(yàn)裝置圖（5）將一個(gè)力傳感器分別固定桌面上，另一個(gè)傳感器放在手上，點(diǎn)擊“啟動(dòng)”按鈕，拉動(dòng)傳感器，如圖5-23所示，得到“力與時(shí)間”的圖像，如圖5-24所示。讓學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)圖像并討論。圖5-24 對(duì)拉的“力與時(shí)間”的圖像總結(jié)：雖然圖5-20能夠說(shuō)明：對(duì)拉力傳感器，作用力與反作用是大小相等且方向相反，但是它并不能說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的物體或靜止的物體之間的相互作用力也是大小相等且方向相反。圖5-22實(shí)

5、驗(yàn)中可以說(shuō)明運(yùn)動(dòng)的物體作用力與反作用力大小相等且方向相反，圖5-24實(shí)驗(yàn)中可以說(shuō)明靜止的物體作用力與反作用力也是大小相等且方向相反。因此，從上面3個(gè)實(shí)驗(yàn)中學(xué)生可以很好地理解牛頓第三定律(兩個(gè)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(gè)字57 李雪梅,趙保鋼.基于DISLab的“牛頓第三定律”實(shí)驗(yàn)J.物理教師,2006,27(3):44-45.。4.3 牛頓第三定律的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)與DIS實(shí)驗(yàn)的對(duì)比牛頓第三定律的傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)優(yōu)于DIS實(shí)驗(yàn)的方面：（1） 操作簡(jiǎn)單方便 傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的實(shí)驗(yàn)器材少，操作方便，而DIS實(shí)驗(yàn)相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)而言就較為復(fù)雜。（2）不浪費(fèi)電力資源 傳

6、統(tǒng)實(shí)驗(yàn)不會(huì)耗費(fèi)電子資源，而DIS實(shí)驗(yàn)會(huì)浪費(fèi)電（3）現(xiàn)象直觀明顯傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)通過(guò)觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)就可以得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論，現(xiàn)象直觀明顯，而DIS實(shí)驗(yàn)所需觀察實(shí)驗(yàn)圖像，是從函數(shù)圖像觀察而得出實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象，學(xué)生反而會(huì)對(duì)力的大小成為函數(shù)圖像而困惑。牛頓第三定律的DIS實(shí)驗(yàn)優(yōu)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的方面：(1) 現(xiàn)象更加豐富和生動(dòng)在DIS實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生是通過(guò)觀察力的函數(shù)圖像來(lái)探究實(shí)驗(yàn)，即函數(shù)圖像的角度來(lái)探究實(shí)驗(yàn)；而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)中，學(xué)生是通過(guò)觀察彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)來(lái)探究實(shí)驗(yàn)，即長(zhǎng)度的角度來(lái)探究實(shí)驗(yàn)。因此，DIS實(shí)驗(yàn)相對(duì)于傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)而言，學(xué)生觀察實(shí)驗(yàn)的角度更加豐富和生動(dòng)。（2）實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)精確DIS實(shí)驗(yàn)儀器是采用先進(jìn)的科學(xué)技術(shù)，讀數(shù)精確且誤差小，而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)由于儀器的落后，有多方面因素產(chǎn)生誤差：其一，由于指針與刻度盤(pán)的摩擦，會(huì)給讀數(shù)差生誤差；其二，由于眼睛需要正視讀數(shù)，而絕對(duì)的正視無(wú)法做到，又將產(chǎn)生誤差；其三，由于彈簧的多次使用，彈簧系數(shù)k將會(huì)發(fā)生改變，必然會(huì)使讀數(shù)發(fā)生改變。（3）可以連續(xù)性地讀數(shù)DIS實(shí)驗(yàn)力的圖像顯示著相互作用力隨著時(shí)間的變化而變化，從圖像中可以讀出任意某時(shí)刻力的大小示數(shù)，可以說(shuō)明：當(dāng)瞬間作用時(shí)，作用時(shí)作用力與反作用力的大小相一致的情況。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)在示數(shù)連續(xù)發(fā)生變化時(shí)，無(wú)法正確地讀數(shù)，只能在示數(shù)穩(wěn)定不變時(shí)才能讀數(shù)，因此，無(wú)法測(cè)出：當(dāng)瞬間作用時(shí)，