李躍明

人的五官感受客觀世界的范圍十分有限。隨著科技的發(fā)展,人們不斷地運用各種工具和儀器延伸著自己器官的感知范圍和準確度,這種工具和儀器就是傳感器。在物理實驗中應(yīng)用傳感器,通過計算機采集數(shù)據(jù),將測量結(jié)果及時準確地記錄并顯示在大屏幕上,不僅能突出物理學(xué)科重實際,重運用的特點,而且能激發(fā)學(xué)生學(xué)習科技的興趣,為提高演示實驗的教學(xué)效果提供了新的研究方向。本文就高一物理力學(xué)實驗之結(jié)合傳感器部分舉例說明。

1. 靜摩擦力與滑動摩擦力之對比研究、滑動摩擦力之規(guī)律研究

本實驗裝置,通過電機勻速拉動木板,力傳感器記錄細線對木塊的拉力,可以研究靜摩擦力,也可以通過改變壓力的大小,對最大靜摩擦力和滑動摩擦力與壓力的關(guān)系進行定量研究,上圖為力傳感器記錄的細線拉力隨時間變化的圖像。

2. 共點力合成規(guī)律之探究

實驗裝置如圖所示,可以通過改變兩力的夾角得到不同的拉力,從而探究出力的合成規(guī)律,也可以動態(tài)地演示力隨角度的變化,從而突破難點。上圖為兩傳感器的即時數(shù)據(jù)輸出。

3. 瞬時速度之測量

實驗裝置如上圖,計算機能記錄擋光片通過光電門的時間,而擋光片的寬度是已知的,學(xué)生很容易得到物體通過擋光片時的瞬時速度。瞬時速度的測定,傳統(tǒng)的實驗儀器是無法做到的。傳感器使得很多與速度相關(guān)的實驗演示或定量探究成為可能(實驗加速度與外力和質(zhì)量之關(guān)系研究、動能定理之實驗驗證、機械能守恒定律之實驗驗證、動量定理之定量研究等都可以通過本裝置進行演示)。下圖為物體撞擊傳感器時記錄的力隨時間變化的圖像,通過數(shù)據(jù)處理得到區(qū)域積分面積,為學(xué)生探究動量定理提供了條件。

縱坐標為力,橫坐標為時間,通過數(shù)據(jù)處理,得到F-t圖像與x軸所圍出圖形的面積即為力的沖量,測出碰撞前后的瞬時速度,求出動量的變化,即可探究動量定理。

4. 彈簧振子回復(fù)力與位移之關(guān)系研究

百聞不如一見,簡諧振動過程中回復(fù)力與時間的關(guān)系,傳統(tǒng)實驗往往是理論推導(dǎo),本實驗裝置通過力傳感器能直觀的演示,如果加上位移傳感器、加速度傳感器,則各個物理量與時間的關(guān)系很清楚的定量顯示出來,便于學(xué)生突破難點、理解物理規(guī)律,傳感器的優(yōu)勢可見一斑。

通過以上實驗,可以看出,傳統(tǒng)的實驗儀器加上精密測量工具傳感器,演示實驗的教學(xué)效果得到了很大的提高。

責任編輯潘孟良