基于DISLab的_牛顿第三定律_实验

1、现代教学技术基于D ISLab 的“牛顿第三定律”实验李雪梅赵保钢(西南大学物理学院,重庆4007151引言DISLab 是Digital Information system 三个词的缩写,是“数字化信息系统实验室”的简称,它是一种用于实时采集数据的智能化系统,由传感器、数据采集器、计算机系统及配套软件构成.新一轮物理课程改革的基本理念是物理课程应改变过分强调知识传承的倾向,让学生经历科学探究过程,学习科学研究方法,培养学生的探索精神、实践能力以及创新意识.改革以书本为主、实验为辅的教学模式,提倡多样化的教学方式,鼓励将信息技术渗透于物理教学之中.DISLab 作为一种现代教育技术被引入课堂

2、,这是现代信息技术和学科教学整合的一个有益的尝试,是物理教育现代化的标志之一.采用DISLab 设计并进行“牛顿第三定律”的实验,以“图线”这一形象、直观地反映事物特征的表现形式来展示作用力和反作用力的关系.运用传统的实验无法量化某些物体间的相互作用力,但利用DISLab 能得以实现.2基于DISLab 的实验利用DISLab 的两个力传感器来研究牛顿第三定律,通过数据采集器和计算机将数据和现象记录并显示出来,数据测量的准确度高,提高了物理实验的可信度.让学生两手各持一只力传感器,保持两传感器的手柄平行,让两传感器的测钩互相钩住,两手用力拉,得两条“力时间”组合显示图线(图1.让学生观察发现两

3、条图线基本重合,表示两力大小相等.选中其中一条图线,设为“镜像显示”,对两力的方向加以区别,如图2镜像显示的图线与另一条图线以x 轴呈上下对称,说明两力方向相反.实验中力的大小随时可变,并实时显示 .图1如果是两力传感器的手柄没平行,测钩没正对,就会产生扭力和分力,会影响实验效果,两力的大小相差较大.围绕实验数据的误差研究和改进,让学生养成正确操作和使用仪器设备的习惯 .图2虽然图像中相互作用的力大小相等、方向相反的规律得以清晰展现,但学生还是很难理解牛顿第三定律(两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上.中的“总是”这两个字.为了更好地理解牛顿第三定律,就会产生

4、下面一系列的探究活动.3基于DISLab 的探究活动3.1运动中的物体之间的相互作用力学生会提出疑问,教师也可引导学生提出这样的问题:运动中的物体之间的相互作用力还是“大小相等、方向相反”的吗?利用DISLab ,学生很容易进行这个问题的探究.即让自己处于匀速运动或加速跑的运动状态,看“镜像显示”中的两条“力时间”图线是否以x 轴呈上下对称.学生通过实验会发现运动对两力“大小相等、方向相反”基本不构成影响, 这说明了运动中的物体之间的相互作用同样遵循牛顿第二定律.图33.2物体相碰时的相互作用力两个运动的物体相碰时,它们之间的作用力的关系会是怎样的呢?让两只力传感器的测钩正对,相互敲击,获得两

5、条以x 轴呈上下对称的图形(如图3.44Vol.27No.3物理教师第27卷第3期(2006PH YSICS TEACHER 2006年如果一个运动的物体去碰一个静止的物体,它们之间的作用力与反作用力还是不是“大小相等、方向相反”的?为了探究这个问题,可引导学生设计这样的实验:将一只力传感器固定在铁架台上,另一只力传感器固定在小车上(确保两只力传感器在同一高度,测钩正对.给小车以不同的初速度,两只力传感器相碰时的力不同,实验结果如图4所示.质量大的物体去碰质量小的物体,它们之间的作用力与反作用力的关系又如何?这就激起了学生的探究兴趣,拓宽实验探究范畴,学生会积极动脑思考,改进现有的实验装置,完

6、成探究活动 .图43.3磁铁间的相互作用力前面所测的物体之间的作用力与反作用力,两个物体都是相互接触的.如果是两块磁铁,它们之间的作用是怎样的?让学生手拿两块磁铁,保持很短的一段距离,不管是两个相同的磁极靠近还是不同的磁极靠近,学生都能理解两磁铁之间的斥力或吸引力是相等的.通过这个实验学生可能获得关于作用力和反作用力关系的正确答案,因为,学生自己两手握磁铁,亲身感受了吸引力或斥力.在以前的教学中,教师也往往设计这样的实验.在这里可定量的测量磁力.在力传感器的测钩上固定好磁铁,保持两传感器的手柄平行,并保持适当的一段距离,慢慢靠近或分开两传感器(但两传感器不接触实验结果如图5所示 .图5磁铁间的

7、相互作用也遵循牛顿第三定律,学生是很难理解的.磁力这个问题可引发一系列的探究问题.可向学生设置这样的问题情境:如果一个磁性较弱的磁铁与一个磁性强的磁铁相互作用,这时再问学生它们间的相互作用力时,学生的意见就会产生分歧,很多学生都认为磁力强的磁铁产生的作用力大.我们再采用极限一点的实验,如用几枚回形针来代替磁性较弱的磁铁,结果又会怎样呢?回形针的枚数会不会影响它和磁铁之间的作用力?学生应用DISLab 对这些问题进行定量的科学探究,这无疑将提高科学探究的水平.4结语DISlab 实验系统的实时性和直观性,让学生几乎可同时观察到实验结果,有助于学生更好的理解“牛顿第三定律”,也使学生体验到科学实验

8、的真实情景,学生会异常兴奋,并感受到高科技时代的气息,增强探究科学问题的好奇心和动力.参考文献:1廖伯琴主编.物理探究式教学设计与案例分析.北京:高等教育出版社,2003.2冯容士.DISLab 与力学实验教学.物理教学,2004,(11.3周世平.论DISLab 系统在物理教学中作用.教育传播与技术,2004,(1.4刘海华.利用DISLab 改进高中物理实验教学.中小学电教,2005,(2.5Hans Pfister.How About a Magnet and a Paper Clip.ThePhysics Teacher ,2005(2.(收稿日期:2005-11-09 图4(上接第34页很小,误差也就很小了.同理,当开关打向×10、×1挡时,即相应改变分流电阻的阻值,如图4所示.为了讲清原理,课本向学生介