DIS实验与传统实验的比较--牛顿第三定律的实验

在初中，学生们已经学习了“力的作用是相互的”这一知识点，以新沪科版初中物理课本为例，在初二下学期第六章——熟悉而陌生的力——这一章中，学生们已经知道：一个物体A对另一个物体B 施加一个力F1，反过来，物体B也会对物体A施加一个力F2，这两个力大小相等，方向相反且作用在同一直线上。

牛顿第三定律的传统实验

实验目的：验证牛顿第三定律

实验原理：对于每一个作用力，必然有一个反作用力。作用力与与反作用力总是成对出现的，它们同时存在，同时消失，分别作用在两个相互作用的物体上。

实验器材：两个弹簧秤

实验步骤：（1）选用两个相同规格的弹簧秤，保持它们量程和分度值相同；

（2）将两个弹簧秤进行校零

（3）将一个弹簧测力计一段规定在墙壁上，将两个弹簧秤进行对拉，如图5-18所示.

（4）观察弹簧秤示数变化

图5-18 牛顿第三定律的传统实验图

总结：弹簧秤对拉后，左右端的弹簧秤都有示数，说明:右端弹簧秤对左端弹簧秤施加一个拉力F1，同时，左端弹簧秤也给右端弹簧秤一个拉力F2，因此，F1和F2是相互作用力。对拉后弹簧秤的示数大小相等，方向相反，并且作用在同一方向上。因此，我们可以知道相互作用的两个力之间的关系为：两个物体间的作用力与反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上。

牛顿第三定律的DIS实验

实验目的：验证牛顿第三定律

实验原理：对于每一个作用力，必然有一个反作用力。作用力与与反作用力总是成对出现的，它们同时存在，同时消失，分别作用在两个相互作用的物体上。

实验器材：力传感器﹑数据采集器﹑计算机﹑数据线

实验步骤：（1）用数据线将力传感器﹑数据采集器以及计算机连接起来

（2）双手各持一个传感器且保持两传感器在同一直线上，将两传感器的测钩勺相钩住，如图5-19所示。

图5-19 弹簧测力计对拉实验图

（3）打开在计算机上打开数字化实验室软件，点击“通用软件”，

进行“参数设定”和“传感器凋零”后，点击“启动”按钮，将两个传感器对拉，得到“力与时间”的图像，如图5-20所示。让学生观察实验图像并讨论。

（4）将一个力传感器分别固定盒子上，另一个传感器放在手上，点击“启动”按钮，拉动传感器做匀速直线运动，如图5-21所示，得到“力与时间”的图像，如图5-22所示。让学生观察实验图像并讨论。

图5-21 拉小车实验图

（5）将一个力传感器分别固定桌面上，另一个传感器放在手上，点击“启动”按钮，拉动传感器，如图5-23所示，得到“力与时间”的图像，如图5-24所示。让学生观察实验图像并讨论。

图5-23 对拉实验装置图

图5-24 对拉的“力与时间”的图像

总结：虽然图5-20能够说明：对拉力传感器，作用力与反作用是大小相等且方向相反，但是它并不能说明运动的物体或静止的物体之间的相互作用力也是大小相等且方向相反。图5-22实验中可以说明运动的物体作用力与反作用力大小相等且方向相反，图5-24实验中可以说明静止的物体作用力与反作用力也是大小相等且方向相反。因此，从上面3个实验中学生可以很好地理解牛顿第三定律(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[57]。

牛顿第三定律的传统实验与DIS实验的对比

牛顿第三定律的传统实验优于DIS实验的方面：

（1）操作简单方便

传统实验的实验器材少，操作方便，而DIS实验相对于传统实验而言就较为复杂。

（2）不浪费电力资源

传统实验不会耗费电子资源，而DIS实验会浪费电

（3）现象直观明显

传统实验通过观察弹簧测力计的示数就可以得出实验结论，现象直观明显，而DIS实验所需观察实验图像，是从函数图像观察而得出实验现象，学生反而会对力的大小成为函数图像而困惑。

牛顿第三定律的DIS实验优于传统实验的方面：

(1)现象更加丰富和生动

在DIS实验中，学生是通过观察力的函数图像来探究实验，即函数图像的角度来探究实验；而传统实验中，学生是通过观察弹簧测力计的示数来探究实验，即长度的角度来探究实验。因此，DIS实验相对于传统实验而言，学生观察实验的角度更加丰富和生动。

（2）实验数据精确

DIS实验仪器是采用先进的科学技术，读数精确且误差小，而传

统实验由于仪器的落后，有多方面因素产生误差：其一，由于指针与刻度盘的摩擦，会给读数差生误差；其二，由于眼睛需要正视读数，而绝对的正视无法做到，又将产生误差；其三，由于弹簧的多次使用，弹簧系数k将会发生改变，必然会使读数发生改变。

（3）可以连续性地读数

DIS实验力的图像显示着相互作用力随着时间的变化而变化，从图像中可以读出任意某时刻力的大小示数，可以说明：当瞬间作用时，作用时作用力与反作用力的大小相一致的情况。而传统实验在示数连续发生变化时，无法正确地读数，只能在示数稳定不变时才能读数，因此，无法测出：当瞬间作用时，作用时作用力与反作用力的大小相一致的情况。

建议：作用力与反作用力的传统实验操作方便且现象直观明显，虽然DIS实验有诸多优势强于传统实验，但它的图像不便于学生的理解。因此建议，作用力与反作用力今后应当选用传统实验来做。