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牛頓第三定律與汽車保險桿
2017-03-09

為了探索牛頓第三定律,我們將使用力量感應器,滑車和軌道以及碰撞支架。並利用手邊的材料設計成保險槓。

為了探索牛頓第三定律,我們將使用力量感應器,滑車和軌道以及碰撞支架。並利用手邊的材料設計成保險槓。

牛頓第三定律與汽車保險桿


牛頓第三定律提到對於每一個運動,都有一個平等和相反的反應。 這意味著當我們推或拉一個對象時,該對象以與我們相同的力量拉動或推動。而力施加在與我們施力的相反方向上。


為了探索這個概念,我們將使用力量感應器,滑車和軌道以及碰撞支架。並利用手邊的材料設計成保險槓。建議的材料是紙,粘土,橡膠塞,移液管和彈簧等。可能需要剪刀來裁剪膠帶,以將自製的保險桿固定到滑車上。


牛頓第三定律與汽車保險桿-PASCO數位化實驗

在設計保險槓之前,我們可以先利用 力量感應器 來觀察這個概念,可以欣賞碰撞中力的相互作用。首先透過將兩個力量感應器連接在一起(使用橡皮筋或彈簧)並交替地拉開感應器,然後鬆開它們,從而使感應器再次集合在一起。利用 SPARKvue 紀錄與分析軟體 在一張圖上繪製兩個感應器的拉力測量結果,得到類似於此的圖形。


牛頓第三定律與汽車保險桿-PASCO數位化實驗

當學生實際上看到兩個力量感應器彼此大小相等方向相反,利用SPARKvue分析軟體可以很容易的呈現這種概念,一旦學生理解這個基本原則,就可以開始利用滑車和軌道一起做實驗。


首先,將支架固定在到軌道的末端。 接下來將力傳感器與橡膠緩衝器附件連接到支架上。 然後將軌道稍微傾斜,以便滑車將滑動到力量感應器。 碰撞是一個突發事件,我們需要極高的取樣率才可以得到一瞬間的數據,因此將SPARKvue的取樣率設置為200 Hz並收集滑車下坡與擊中力量感應器的數據。


牛頓第三定律與汽車保險桿-PASCO數位化實驗

SPARKvue軟體可以迅速的分析這些數據,並在每一次的數據記下備註。沒有保險槓時,測到的碰撞力量是20.6 N,接著讓學生開始設計他們的保險槓。這是一個非常好的概念,讓學生描述如何顯示牛頓的第三定律的實驗,他們正在探索的學科核心理念。 在實驗的這一點上,SPARKvue的評估工具可以幫助您檢驗學生對於理論的了解程度。


樂趣開始了! 學生將設計和測試保險槓,看看它們的表現。它們的保險槓,如汽車和卡車保險槓的目的是減少衝擊力,減少受傷的機會,減少對車輛的損害。 減少最大力量,期望低於使用沒有保險槓的緩衝器應該被認為是成功的。


牛頓第三定律與汽車保險桿-PASCO數位化實驗

由於使用數位感應器來收集數據非常快,學生將有時間測試各種材料,他們甚至可以改進他們的設計。給學生時間反思他們的保險槓的有效性和重建和測試他們的新設計的機會,這也是解決NGSS工程標準的有效方法。


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