陳清

摘 要 通過(guò)展示驗(yàn)證牛頓第三定律的實(shí)驗(yàn)探究課，介紹DIS實(shí)驗(yàn)室在青島市第十九中學(xué)科技班物理教學(xué)中的應(yīng)用。

關(guān)鍵詞 物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)；DIS數(shù)字化實(shí)驗(yàn)室；牛頓第三定律

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B

文章編號(hào)：1671-489X（2015）13-0009-02

青島市第十九中學(xué)為了凸顯辦學(xué)特色，2014年招生新增加一個(gè)科技班。為了更好地發(fā)展學(xué)生的各項(xiàng)技能，圍繞這個(gè)科技班，各學(xué)科都開(kāi)展了興趣班以激發(fā)學(xué)生的自主創(chuàng)新、自主學(xué)習(xí)能力，物理課主要在實(shí)驗(yàn)手段上做了革新。實(shí)驗(yàn)教學(xué)手段的進(jìn)步是科技進(jìn)步、教育進(jìn)步的體現(xiàn)。傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器固然有著簡(jiǎn)單、直觀的特點(diǎn)，但科學(xué)本身從來(lái)拒絕一成不變的教條，科學(xué)在發(fā)展，科學(xué)教育在發(fā)展，實(shí)驗(yàn)教學(xué)儀器也在發(fā)展。因此，學(xué)校為科技班的學(xué)生單獨(dú)開(kāi)放DIS（Digital Information System）實(shí)驗(yàn)室?，F(xiàn)將學(xué)?？萍及嗟囊惶脤?shí)驗(yàn)探究課展示給大家，希望對(duì)兄弟學(xué)校有所幫助。本堂課的內(nèi)容是驗(yàn)證牛頓第三定律。

牛頓第三定律是一個(gè)比較難的課題，從內(nèi)容上來(lái)看，它所反映的是物體之間本身內(nèi)在的規(guī)律，而了解和掌握規(guī)律最好的辦法就是通過(guò)實(shí)踐來(lái)探索。本節(jié)課采取引導(dǎo)式探究教學(xué)，即通過(guò)課堂演示來(lái)完成這次實(shí)驗(yàn)活動(dòng)。要使學(xué)生在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中堅(jiān)持由易到難的過(guò)程，通過(guò)感性實(shí)驗(yàn)使學(xué)生掌握牛頓第三定律的理性規(guī)律。對(duì)于不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體間的相互作用，則通過(guò)實(shí)驗(yàn)和數(shù)字化教學(xué)系統(tǒng)加以突破。物理教學(xué)十分貼近學(xué)生的日常生活，因此，在學(xué)生日常生活過(guò)程中，要根據(jù)學(xué)生的生活環(huán)境創(chuàng)設(shè)物理教學(xué)情境，讓學(xué)生自己在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中探究得出結(jié)論和規(guī)律，一方面可以提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性，另一方面也提高了學(xué)生利用所學(xué)知識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題的能力。

從教學(xué)方法上來(lái)看，實(shí)現(xiàn)對(duì)傳統(tǒng)教學(xué)方法的變革，滿足學(xué)生的實(shí)際學(xué)習(xí)需要。本節(jié)課設(shè)計(jì)的實(shí)驗(yàn)，簡(jiǎn)單易操作，重視物理規(guī)律的形成過(guò)程，能夠使學(xué)生在加深對(duì)知識(shí)理解的同時(shí)又增強(qiáng)教學(xué)效果。本節(jié)課設(shè)計(jì)了兩套方案進(jìn)行，一是使用傳統(tǒng)的測(cè)力計(jì)、小車、鉤碼；二是用朗威數(shù)字化信息系統(tǒng)。

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，作用力與反作用力總是成對(duì)出現(xiàn)，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。

1 傳統(tǒng)方法

實(shí)驗(yàn)器材 每組兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)、小車、鉤碼。

實(shí)驗(yàn)過(guò)程 讓兩個(gè)學(xué)生各自拿一個(gè)測(cè)力計(jì)，把兩個(gè)測(cè)力計(jì)A和B勾在一起拉，開(kāi)始處于靜止?fàn)顟B(tài)。

1）A用手拉彈簧秤A之前，兩測(cè)力計(jì)的讀數(shù)均為零，說(shuō)明兩測(cè)力計(jì)間沒(méi)有作用力；A用手拉測(cè)力計(jì)A時(shí)，可以看到兩個(gè)測(cè)力計(jì)的指針同時(shí)移動(dòng)，測(cè)力計(jì)B的讀數(shù)是測(cè)力計(jì)A對(duì)它的作用力FA的大小，而測(cè)力計(jì)A的讀數(shù)是測(cè)力計(jì)B對(duì)它的反作用力FB的大小，此時(shí)學(xué)生發(fā)現(xiàn)，兩個(gè)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)是相等的。

2）兩個(gè)學(xué)生改變手拉測(cè)力計(jì)的力的大小，測(cè)力計(jì)的讀數(shù)也隨之變化，但這兩個(gè)測(cè)力計(jì)的讀數(shù)總相等，這說(shuō)明作用力和反作用力大小是相等的。

3）分析測(cè)力計(jì)B受到測(cè)力計(jì)A的拉力FA，方向向右，測(cè)力計(jì)A受到測(cè)力計(jì)B的拉力FB，方向向左，這兩個(gè)學(xué)生的拉力作用在同一條直線上，這說(shuō)明作用力與反作用力方向相反，作用在同一條直線上。

4）同樣，讓學(xué)生A、學(xué)生B分別做勻速運(yùn)動(dòng)、加速運(yùn)動(dòng)、減速運(yùn)動(dòng)，觀察測(cè)力計(jì)A和測(cè)力計(jì)B是否總是大小相等、方向相反。

實(shí)驗(yàn)結(jié)果

1）相互性：兩個(gè)物體間力的作用是相互的。

2）同時(shí)性：作用力和反作用力總是相互依存、同時(shí)存在的，沒(méi)有作用力就沒(méi)有反作用力。

3）方向：作用力跟反作用力的方向是相反的，在一條直線上。

4）大小：作用力和反作用力的大小在數(shù)值上是相等的。

2 現(xiàn)代方法

實(shí)驗(yàn)器材 數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)、計(jì)算機(jī)等，實(shí)驗(yàn)裝置見(jiàn)圖1。

驗(yàn)過(guò)程與數(shù)據(jù)分析

1）連接好數(shù)據(jù)采集器，將兩個(gè)力的傳感器按照?qǐng)D示接入采集器。

2）啟動(dòng)“組合圖線”功能，點(diǎn)擊“增加”，增加圖線“時(shí)間—力1”與“時(shí)間—力2”。

①兩手各持一只力傳感器，按照?qǐng)D1實(shí)驗(yàn)裝置圖讓兩傳感器的測(cè)鉤互相勾住，兩手用力拉或壓，得兩條“力—時(shí)間”組合顯示圖。觀察發(fā)現(xiàn)兩條圖線基本重合，表示兩力大小相等。

②選中其中一條圖線，點(diǎn)擊“設(shè)置”，設(shè)為“鏡像顯示”，對(duì)兩個(gè)力的方向加以區(qū)別。

③返回實(shí)驗(yàn)界面，繼續(xù)實(shí)驗(yàn)，可見(jiàn)兩條圖線以X 軸對(duì)稱（圖2），說(shuō)明兩力方向相反。

③點(diǎn)擊“停止”，將“采樣頻率”設(shè)置為“500”。讓兩只力傳感器的測(cè)鉤正對(duì)，相互敲擊，獲得另外兩條以X 軸呈上下對(duì)稱的圖線。

3 實(shí)驗(yàn)結(jié)果

結(jié)合兩種實(shí)驗(yàn)器材的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，總結(jié)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。

4 實(shí)驗(yàn)總結(jié)

通過(guò)上述兩種實(shí)驗(yàn)方法發(fā)現(xiàn)，用傳統(tǒng)的方法存在一定的弊端（如實(shí)驗(yàn)誤差較大；瞬間讀取數(shù)據(jù)不便，需要借助數(shù)碼相機(jī)拍照才能準(zhǔn)確讀取數(shù)據(jù)），影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果的因素也很多；而使用數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)則完全不同，能夠使實(shí)驗(yàn)更加快速、準(zhǔn)確、嚴(yán)謹(jǐn)。

數(shù)字化信息系統(tǒng)（DIS）實(shí)驗(yàn)室的引入，豐富了學(xué)生的實(shí)踐體驗(yàn)。朗威數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)數(shù)字化，在學(xué)生親自動(dòng)手操作實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上實(shí)現(xiàn)信息技術(shù)與物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的整合。朗威數(shù)字化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)能夠支持科學(xué)探究實(shí)驗(yàn)、團(tuán)隊(duì)合作實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)和實(shí)施，能以其豐富的傳感器，準(zhǔn)確、快速的測(cè)量，以及多功能的軟件支撐，為廣大中學(xué)生提供一個(gè)科學(xué)探索的技術(shù)平臺(tái)。尤為重要的是，這個(gè)數(shù)字化信息系統(tǒng)符合中學(xué)生的心理需求，能激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，是促進(jìn)學(xué)生主動(dòng)學(xué)習(xí)的有效工具。