牛顿第三定律实验

例如在牛顿第三定律实验中，传统的实验方法是采用两个测力计相互对拉，测出几组瞬时的实验数据，进而验证牛顿第三定律（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）。两个测力计对拉的过程中很难读出弹簧测力计的示数，学生也无法看到该过程中的拉力的变化情况，因此传统的实验方法“物体间相互作用力总是大小相等、方向相反”的规律难以清晰展现，且学生很难理解定律中“总是”这两个字的含义。

为了深入地理解牛顿第三定律，实现科学探究的“深入化”，可以运用多功能、智能化的数字化实验系统进行如下一系列的探究活动，使学生体验到“做科学”的探究过程。

首先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勾住，两手用力拉，得两条“力-时间”组合显示图线，引导学生观察发现两条图线基本重合，得出两力大小相等。选中其中一条图线设为“镜像显示”，对两力的方向加以区别，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；其次让两只力传感器的测钩正对,相互敲击，获得两条以 x轴呈上下对称的图形，引导学生观察、分析得出物体相互碰撞时相互作用力的大小相等、方向相反；再次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），获得磁铁间吸引力或排斥力的以 x轴呈上下对称的图形，引导学生观察、分析得出磁铁间的相互作用力的大小相等、方向相反；最后向学生说明，物体间相互作用的方式多种多样，它们之间的作用力与反作用力的关系，大家可以积极动脑思考，运用数字化实验系统，改进传统的实验装置，完成探究活动。

展现传统实验难以表现的物理现象和物理过程

如在《牛顿第三定律的探究》一课的教学中，传统牛顿第三定律实验的做法是让学生分别站在两个非常光滑的滑板上，然后让两个学生互相推，由于学生的质量有区别，所以可以看到两个学生都分别倒退滑动了，但是质量大的学生相对滑行比较慢一点。这个实验有一个缺陷是无法得到定量的数据，同时站在滑板上的过程是有一定的危险性。如果要得到定量的数据就要借助于弹簧秤了，弹簧秤是可以动态显示作用力和反作用力这两个拉力是等大反向，作用在两个物体上的特点的。不过当要观察推力的时候你就会发现弹簧秤也没有了办法。很难表现出物理现象和物理过程。有了力传感器就可以将所有欠缺的部分也弥补了。因为力传感器是可以测量推力和拉力两个方向的，这样就可以将两个物体相互作用中力的动态变化都显示地非常清楚了。这个实验可以非常清晰地显示两个力传感器之间相互作用力的关系，不论是拉力还是推力都显示出了作用力和反作用力等大，反向，作用在一直线上，并作用在两个物体上的特点，由于是动态的过程，所以可以说明是一种证明牛顿第三定律普适成立的验证实验。

对拉的两力传感器的示数表现为以X轴上下对称的两条动态图线，不仅对实验操作反映灵活，且与直观感受非常一致，对“两力方向相反”的表现非常形象、直观。专用软件还提供了活动竖线工具，供学生查看在同一时间点上两力的

大小是否相同，从实验数据的层面验证两力大小是否相同。这同时也强调了本实验的基本过程：首先使用传感器和数据采集器获得实验数据，在数据的基础上绘制图线，而图线的基本构成，就是连续不断的实验数据点。

分析：此实验用现有的实验器材来做，当两个力变化过程中由于测力计的摩擦等原因，不容易得出一致相等这一事实，更不用说瞬间作用，而用此实验装置能很精确的体现这一点。

图9 力的相互作用实验