运用力传感器对探究功与物体速度变化关系的研究-论文网

论文摘要：运用力传感器对探究功与物体速度变化关系的研究-论文网
论文关键词：运用,传感器,探究,物体,速度

“探究功与物体速度变化的关系”一节引入的目的在于增加学生探究与动手的机会，让学生学会观察，大胆猜想，为下一节动能和动能定理的推导奠定基础。通过本节内容的教学，也可以促使学生在学习动能定理后比较深刻地认识到动能定理。为了实现探究的目标和教学的持续，笔者设计了如图的实验装置，数据理想，操作简单。

一、探究原理

利用单摆模型、计算机和力传感器可以比较精确地测量作用在挂钩上的力，通过计算机得到挂钩所受的拉力随时间的变化图像，运用图像探究。

利用单摆模型，小铁块在来回摆动过程只有重力做功，大小为-，

当运动到最低点的向心力公式：，得到

通过力传感器采集的F-t的图像研究，发现力随时间按波形变化，有最小和最大值，其中最小值位置在摆动的最高点,得重力做功为

最大值位置在摆动的最低点得

结合力传感器得到实验操作中的最小和最大力，就可以探究得到重力做功与速度的定量的关系。

1、如图所示，利用铁架台固定力传感器，取一根不可伸长的细线，一端连接一小铁球，另一端穿过固定的光滑小圆环O，并固定在力传感器的挂钩上。

实验过程中关键：挂钩位置竖直固定不变，小球的质量不能太大，防止铁架台振动。

2、打开DIS软件界面，连接数据采集器与计算机。将力传感器分别插入数据采集器的第一通道。点击“当前脱机”按钮，使系统从“当前脱机”状态转换到“当前联机”状态。

3、将力传感器静置在水平桌面上进行校零。让小铁球自由悬挂并处于静止状态，从计算机中得到拉

力为0.47N。即质量m=48g

4、让小铁球以不同较小的角度在竖直平面内的A、B之间摆动，笔者逐渐增大摆角从计算机中得到拉

力随时间的关系图像所示（此图为3次不同摆角下在DIS操作界面下原始截图）。

三、数据处理

此次探究功与速度变化的关系转化为研究小球摆动最小值和最大值的关系，对DIS采集的图像分析（上图），采集到最小值和最大值，转化为做功与速度的值，如下表。

通过对DIS数据的采集处理比较分析后，能很快的发现在误差范围内，做功与速度变化的关系，即重力做功与速度的平方成正比，而且只能是平方关系。

五、探究价值

圆周运动是高中力学中最基本的运动模型，笔者以力传感器探究向心力，运用图像和基本力学知识进行探究，并且该实验可以为动能定理和机械能守恒定律的探究实验，为动能定理和机械能守恒定律的学习做好铺垫，打下了坚实的基础，使学生对后续有关功能关系和圆周运动知识的综合考查有形象的认识，使本节的教学目的更加明确，对功能关系的掌握更加深刻。