实验验证牛顿第三定律：详细步骤与数据分析

实验验证牛顿第三定律：详细步骤与数据分析

牛顿第三定律是经典力学中的一个基本定律，它描述了作用力与反作用力的关系。为了帮助读者更好地理解这一定律，本文将详细介绍如何通过实验来验证牛顿第三定律。

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

朗威DISLab、计算机等。

实验装置图

图12-1 实验装置图

实验过程与数据分析

1. 将两只力传感器接入数据采集器；
2. 启动“组合图线”功能，点击“增加”，增加图线“时间-力1”与“时间-力2”；
3. 两手各持一只力传感器，让两传感器的测钩互相钩住，两手用力拉或压，得两条“力-时间”组合显示图线（图12-2）。观察发现两条图线基本重合，表示两力大小相等；

图12-2 通常显示模式下的组合波形

4. 选中其中一条图线，点击“设置”，设为“镜像显示”，对两个力的方向加以区别；
5. 返回实验界面，继续实验，可见两条图线以X轴对称（图12-3），说明两力方向相反；

图12-3 将一条图线设置为镜像模式

6. 点击“停止”，将“采样频率”设置为“500”。让两只力传感器的测钩正对，相互敲击，获得另外两条以X轴呈上下对称的图线（图12-4）；

图12-4 镜像模式下的敲击图线

7. 结合实验结果，总结牛顿第三定律在实验中的体现。

建议

1. 实验中应保持两传感器的手柄平行，注意测钩的角度，以免产生扭力；
2. 取下测钩，设法在锁紧螺栓上固定上强力磁铁，重复实验，观察磁力是否符合牛顿第三定律；
3. 改变实验次序，尝试另外一种教学思路：先观察镜像图像，得出两力方向相反；再取消镜像模式，借助两图线的重合现象，验证两力大小相同；
4. 尝试引导学生画出上下不对称的图线，对应此时的操作手法分析图线不对称的原因，加深对正确操作方法的理解和认识。