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摘要 本文利用DISLab对数据的实时采集功能和计算机实验分析数据处理软件分析功能,探究加速度与力、质量的关系。
关键词 Dislab牛顿第二定律 控制变量法 数据处理
在中学物理教学中,牛顿第二定律的应用贯穿了静力学和运动学等知识内容,其地位和作用不言而喻。目前高中试验中,往往采用传统定性判断实验得出牛顿第二定律,效果不是很理想。本文将利用DISLab(数字信息系统实验室)实验探究加速度与力、质量关系,根据DISLab实验系统中数据实时采集功能和计算机实验分析软件强大的数据处理分析功能,总结得出牛顿第二定律。
1 DISLab系统
DISLab即数字信息系统实验室(Digital Information Sys-tern Laboratory)。它是在传统的实验室仪器设备的基础上,通过加载智能化的传感器、数据采集器和实验分析软件包构成的新型实验系统。
DISLab主要由以下三部分组成:(1)智能传感器;(2)数据采集设备;(3)计算机及其分析处理软件。
DISLab有如下优越性:
(1)实时动态地采集实验信息,因而在分析物理动态变化问题上有着不言而喻的优势。(2)用传感器测得的数据比较精确,实验误差较小,这就使物理学规律的发现或验证更有严谨性和可信性。(3)可以使抽象的物理过程和概念具体化,有利于优化课堂教学结构,突破重点难点。(4)可以使微观现象直观化,把微观的物理过程生动、形象地展示在学生面前,使学生认识加深,更易形成概念。(5)实验数据由计算机处理,可自动生成图表,简便、快速,节省时间。(6)可以活跃课堂气氛,激发学生学习的兴趣,促进学生主动记忆,积极参与教学,提高课堂教学效率。
⑥单击控制界面上的“开始”采集按钮。将小车放在轨道上,由静止释放,可以采集到一组数据。重复实验,在小桶内分别装入5克、10克、15克、20克砝码时,可以采集到多组对应数据。测量完毕后,点击“画图”按钮和“拟合”按钮,所得图形如下图2所示。(注意:将小车放回释放位置时,小车上的挡光片不能通过光电门。)
b 保持小桶和砝码的质量不变
①先用天平測出小桶的质量、小车和双U型挡光片的质量和。
②将轨道放在水平桌面上,把双U型挡光片固定在小车上。
③将光电门传感器接入数据采集器的第二通道,同时将光电门传感器放置在轨道的中部并固定在支架上。使小车上的挡光片能够顺利通过光电门。打开电源开关,选择“联机工作模式”并按“E”。
④打开DIS系统软件,进入“专用实验(物理)-高中-力学-加速度与质量的关系”。
⑤输入挡光片的宽度。单击控制界面上的“开始”采集按钮。将小车放在轨道上,静止释放,可以采集到一组数据。重复实验,在双U型挡光片上依次增加50克砝码,可以采集到多组对应数据。实验结束后,点击“画图”按钮和“拟合”按钮,进行拟合分析,所得图形如下图3所示。(注意:将小车放回释放位置时,小车上的挡光片不能通过光电门。)
4 实验结果分析
根据实验所得图2分析可知,当保持小车质量(m)不变时,小车运动的加速度(a)与所受作用力(F)图像呈过原点的倾斜的直线,故m不变,a∝F
根据实验所得图3分析可知,当保持小车所受作用力(F)不变时,小车运动的加速度(a)与小车及砝码质量(m)图像呈无限向两轴靠近但总不相交,故F不变,a∝1/m
综上所述,可得出结论:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比——即牛顿第二定律。
参考文献
[1]陈国平,DISLab在物理实验教学中的应用,教育探索与实践,2009:12
[2]舒信隆,DIS实验技术与研究性学习的整合,物理教学,2007(5):13
[3]冯容士,DISLab通用软件与实验教学,物理教学,2005(6):13
关键词 Dislab牛顿第二定律 控制变量法 数据处理
在中学物理教学中,牛顿第二定律的应用贯穿了静力学和运动学等知识内容,其地位和作用不言而喻。目前高中试验中,往往采用传统定性判断实验得出牛顿第二定律,效果不是很理想。本文将利用DISLab(数字信息系统实验室)实验探究加速度与力、质量关系,根据DISLab实验系统中数据实时采集功能和计算机实验分析软件强大的数据处理分析功能,总结得出牛顿第二定律。
1 DISLab系统
DISLab即数字信息系统实验室(Digital Information Sys-tern Laboratory)。它是在传统的实验室仪器设备的基础上,通过加载智能化的传感器、数据采集器和实验分析软件包构成的新型实验系统。
DISLab主要由以下三部分组成:(1)智能传感器;(2)数据采集设备;(3)计算机及其分析处理软件。
DISLab有如下优越性:
(1)实时动态地采集实验信息,因而在分析物理动态变化问题上有着不言而喻的优势。(2)用传感器测得的数据比较精确,实验误差较小,这就使物理学规律的发现或验证更有严谨性和可信性。(3)可以使抽象的物理过程和概念具体化,有利于优化课堂教学结构,突破重点难点。(4)可以使微观现象直观化,把微观的物理过程生动、形象地展示在学生面前,使学生认识加深,更易形成概念。(5)实验数据由计算机处理,可自动生成图表,简便、快速,节省时间。(6)可以活跃课堂气氛,激发学生学习的兴趣,促进学生主动记忆,积极参与教学,提高课堂教学效率。
⑥单击控制界面上的“开始”采集按钮。将小车放在轨道上,由静止释放,可以采集到一组数据。重复实验,在小桶内分别装入5克、10克、15克、20克砝码时,可以采集到多组对应数据。测量完毕后,点击“画图”按钮和“拟合”按钮,所得图形如下图2所示。(注意:将小车放回释放位置时,小车上的挡光片不能通过光电门。)
b 保持小桶和砝码的质量不变
①先用天平測出小桶的质量、小车和双U型挡光片的质量和。
②将轨道放在水平桌面上,把双U型挡光片固定在小车上。
③将光电门传感器接入数据采集器的第二通道,同时将光电门传感器放置在轨道的中部并固定在支架上。使小车上的挡光片能够顺利通过光电门。打开电源开关,选择“联机工作模式”并按“E”。
④打开DIS系统软件,进入“专用实验(物理)-高中-力学-加速度与质量的关系”。
⑤输入挡光片的宽度。单击控制界面上的“开始”采集按钮。将小车放在轨道上,静止释放,可以采集到一组数据。重复实验,在双U型挡光片上依次增加50克砝码,可以采集到多组对应数据。实验结束后,点击“画图”按钮和“拟合”按钮,进行拟合分析,所得图形如下图3所示。(注意:将小车放回释放位置时,小车上的挡光片不能通过光电门。)
4 实验结果分析
根据实验所得图2分析可知,当保持小车质量(m)不变时,小车运动的加速度(a)与所受作用力(F)图像呈过原点的倾斜的直线,故m不变,a∝F
根据实验所得图3分析可知,当保持小车所受作用力(F)不变时,小车运动的加速度(a)与小车及砝码质量(m)图像呈无限向两轴靠近但总不相交,故F不变,a∝1/m
综上所述,可得出结论:物体的加速度跟作用力成正比,跟物体的质量成反比——即牛顿第二定律。
参考文献
[1]陈国平,DISLab在物理实验教学中的应用,教育探索与实践,2009:12
[2]舒信隆,DIS实验技术与研究性学习的整合,物理教学,2007(5):13
[3]冯容士,DISLab通用软件与实验教学,物理教学,2005(6):13