基于DIS 驗證變力作用下的動量定理實驗

趙登峰

摘? ?要：通過DIS可以回避數學知識不足，直觀地給出變力作用一段時間的沖量以及物體在此變力作用下動量的變化量，直接比較二者數值，驗證了變力作用下的動量定理。

關鍵詞：DIS；變力；沖量；動量定理

變力作用下動量定理依然成立并且在電磁感應單桿模型求位移中有非常重要應用[ 1 ]，然而變力作用下的動量定理在高中階段由于數學知識不夠無法直接證明推導。采用DIS可以有效解決該問題，通過計算機專用軟件可以非常直觀驗證變力作用下的動量定理依然成立。

1 實驗裝置

2? 實驗原理

在軟件界面中輸入小車質量以及擋光片厚度數值，推動小車通過光電門傳感器后，軟件會計算出通過光電門的瞬時速度以及此時的動量，此后小車上彈簧與力傳感器測鉤碰撞，軟件會記錄力隨時間的變化關系，然后小車返回再次經過光電門，軟件會再次計算出通過光電門的瞬時速度，還有此時的動量。軟件會自動計算動量的變化量，通過選擇有效區域后，計算機會自動計算面積也就是變化的力的沖量。這樣就可直接比較動量變化量與變化的力的沖量在數值上是否相等。

3? 實驗過程及數據分析

在小車上安裝寬度為0.02 m 的擋光片，在小車前端安裝彈簧圈，用電子稱測出其質量0.081 kg，將其放置于軌道上，點開專用軟件，輸入質量，擋光片厚度等數值，依次點擊傳感器調零，開始記錄，然后用手推動小車使其先通過光電門，再與力傳感器碰撞，最后返彈回再次經過光電門，軟件會自動記錄數據，測量結束。再點擊面積值（沖量I），選擇有效區域后會自動顯示沖量的大小。本次實驗中，通過給小車依次增加0.050 kg金屬塊來改變小車質量，進行8次實驗，數據記錄如圖2中（a）（b）（c）（d）（e）（f）（g）（h）所示。

由表格數據可以得出，隨著小車質量增加，相對誤差越來越小，除1、2組相對誤差較大外，其他組實驗相對誤差均在0.5%以內，有力地證明了在誤差允許的范圍內，變力作用下動量定理同樣成立。

4? 實驗小結

利用DIS有力地證明了變力作用下動量定理依然成立，通過整個實驗過程，可以讓學生對動量定理的理解更加深刻。同時，該實驗中有用到圖像面積對應力的沖量，通過該實驗過程可以訓練學生的科學思維，有利于學生去解決日常生活情境中一些變力作用下的物理問題。

參考文獻：

［1］ 李元法.運用動量定理妙解電磁感應中的單桿問題[J].物理之友，2017，33（5）：35-37.