用传感器探究作用力与反作用力的关系

用传感器探究作用力与反作用力的关系把一只力传感器连在计算机上，传感器的钩子上挂钩码，钩子受力的大小随时间变化的情况，可以由计算机屏幕显示。如图4.5-4所示，实验时把两只力传感器同时连在计算机上，其中一只系在墙上，另一只握在手中。图4.5-4中横坐标轴上下两条曲线分别表示两只传感器受力的大小。用力拉一只传感器，可以看到，在一只传感器受力的同时，另一只传感器也受到力的作用，而且在任何时刻两个力的大小都是相等的，方向都是相反的（图4.5-5）运动中两物体间的作用力和反作用力同样遵从牛顿第三定律，这一点可以用力传感器清楚地显示（图4.5-6）。把一只力传感器系在一个物体上，另一只握在手中，当通过传感器用力拉物体时，尽管物体的运动状态可能变化，力的大小也可能随时间变化，但在任何时刻，作用力和反作用力总保持大小相等、方向相反。这表明，牛顿第三定律所阐明的作用力与反作用力的关系，不仅适用于静止物体之间，也适用于运动物体之间，即这种关系与物体的运动状态无关，也与参考系的选择无关。图4.5-4用传感器显示作用力和反作用力图4.5-5两个钩子受力的情况可以由计算机屏幕显示。横坐标是时间，纵坐标是力。图4.5-6用传感器显示运动中两物体间的作用力和反作用力。大量事实表明：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，作用在同一条直线上。借助传感器用计算机测速度随着信息技术的发展，中学物理的实验手段也在不断进步。用“运动传感器”把物体在木板上或导轨上运动的移位，时间转换成电信号。经过计算机的运算，可以立刻在荧光屏上显示物体运动的速度，甚至能在几秒内自动绘出运动的v-t图像。这样，同学们就可以减少重复性操作，用更多的时间和精力对物理过程进行分析。图1.4-7是一种运动传感器的原理图。这个系统由A、B两个小盒子组成。A盒装有红外线发射器和超声波发射器，B盒装有红外线接收器和超声波接收器。A盒固定在被测的运动物体上，B盒固定在桌面上或滑轨上。测量时A向B同时发射一个红外线脉冲和一个超声波脉冲（即持续时间很短的一束红外线和一束超声波）。B盒收到红外线脉冲时，开始计时，收到超声波时计时停止。根据两者的时差和空气中的声速，计算机自动算出A与B的距离（红外线的传播时间可以忽略）。雷雨时可以根据闪电与雷声的时差来计算雷电发生的距离，与这里计算A、B间距离的道理是一样的。经过短暂的时间△t后，传感器和计算机系统自动进行第二次测量，得到物体的新位置。算出两个位置差，即物体运动的位移△x，系统按照v=△x/△t算出速度，显示在荧光屏上，所有这些操作都可在不到1s的时间内自动完成。还有另外一种运动的传感器，如图1.4-9，这个系统只有一个不动的小盒子B。工作时小盒B向被测物体发出短暂的超声波脉冲。脉冲被运动物体反射后又被B盒接收。根据发射与接收超声波脉冲的时间差可以得到B盒与运动物体的距离。这个道理与雷达测距的道理一样。气垫导轨和数字计时器研究物体的运动时，除了使用打点计时器计时外，还常用到数字计时器。数字计时器常与气垫导轨配合使用（图1.4-10）。气垫导轨上有很多小孔。气泵送来的压缩空气从小孔喷出，使得滑块与导轨之间有一层薄薄的空气，两者不会直接接触。这样，滑块运动时受到阻力很小，实验的精确度能大大提高。计时系统的工作要借助于光源和光敏管（统称光电门，图1.4-11）。光源与光敏管相对，它射出的光使光敏管感光。当滑块经过时，其上的遮光条把光遮住，与光敏管相连的电子电路自动记录遮光时间的长短，通过数码屏显示出来。因为这样的计时系统可以测出0.001s的时间，并且能直接以数字显示，所以又叫数字毫秒计。这样测出的速度是不是瞬时速度？说出你的道理。