高中物理中通過傳感器探尋碰撞問題

◆歐陽懿波

高中物理中通過傳感器探尋碰撞問題

◆歐陽懿波

在高中物理這時候學習中，通過傳感器探尋碰撞問題，是物理課程學習中的重要難點，而碰撞問題我們在生活中又比較常見。文章圍繞傳感器概念展開，分析如何通過傳感器探尋碰撞問題，以進一步認知傳感器和碰撞問題等內容，做好備考準備。

高中物理；傳感器；碰撞問題

一、傳感器概念分析

傳感器是一種測量裝置，具備測量作用，并能夠輸出可用信號，滿足信息系統的相關控制要求。在數據輸入與輸出之間，傳感器具有明確的對應關系。在高中物理知識學習中，傳感器的組成元件主要有敏感元件、轉換元件、測量電路以及輔助電源等。

在高中傳感器知識的學習中必然會將其與其他知識結合起來，比如碰撞問題。眾所周知，碰撞問題是一個基本物理現象，在日常生活中也比較常見，比如物理學中的各種碰撞試驗。在物理知識學習過程中，碰撞是高中物理教材中的選修課中，主要是用來研究物體的彈性的，并且在能量守恒定律中也會涉及到碰撞問題。但在當前的學習中，與碰撞問題和動量守恒定律相關的實驗裝置還存在一定缺陷，其結果存在較大誤差。因此，需要從新的領域來探索碰撞問題，比如，利用傳感器來探尋碰撞問題。

二、通過傳感器探尋碰撞問題

（一）實驗設備分析。通過傳感器探尋碰撞問題，需要用到的實驗設備主要有信息采集系統計算機配套軟件系統。在我校的物理實驗中，用到的信息采集系統是Vernier Lab Pro 采集系統，用此項采集系統能夠滿足實驗的需要，幫助實現實驗目標。Vernier Lab Pro數據采集系統包括的內容有三大部分，一是Lab Pro Interface ，二是傳感器，三是Logger Pro，在實驗過程中，需要先將計算機的USB借口與Lab Pro Interface連接起來。以便能夠讓傳感器在實驗過程中發生作用，采集相關數據并傳入計算機，方便信息數據的分析和處理。通過傳感器探尋碰撞問題的實驗需要用到的實驗設備是Vernier Lab Pro數據采集系統、加速度傳感器、光閘、滑板（兩個）以及氣墊導軌。

（二）實驗過程分析。在利用傳感器研究碰撞問題時，其過程的研究需要用到定性分析方法，在學習中，我們需要明確這一點。通過實驗我們可以發現，碰撞過程的時間很短，但是物體的力學變化顯著，在學習中，我們需要明確突變論相關知識，并盡可能的通過實驗概括出碰撞及其規律。然而，在模塊知識的學習中，我們往往感覺很抽象，很難理解到其關鍵點，不借助外物的碰撞實驗我們會覺得十分的空洞，學習效果極不理想。因此，需要在學習時借助其他的工具，來幫助放大實驗過程及其現象，讓我們更好地感受碰撞突變過程。在做傳感器探尋碰撞問題這一實驗時，我們現在裝置上裝兩個滑塊，滑塊上都帶有彈簧圈和加速度傳感器，然后讓滑塊在導軌上做勻速運動。在某個具體時間點，兩個滑塊之間會發生碰撞。傳感器在滑塊碰撞過程中采集到的數據信息如圖1所示，圖中的曲線詳細的展示了碰撞過程中加速度的瞬時變化，幫助我們獲得了生動具體的感性認知。

圖1 碰撞加速度瞬時變化圖

（三）結論分析。當完成碰撞實驗之后，再結合教材上的相關知識，我們發現了在滑塊碰撞過程中，其所發生的突變過程。通過分析相關數據我們發現在滑塊上除了有碰撞力之外，在這一過程中還產生了其他有限大小的力，但這些力并沒有發生顯著變化，因此可以忽略不計。之所以兩個滑塊在碰撞中會產生突變現象，主要是由沖擊力所引起的。通過之前學過的知識我們可以知道，兩個物體在發生碰撞之時其已然形成了一個體系，兩滑塊之間的沖擊力實質上是一種內力，并不會改變整體物體體系的總動量。因此，在碰撞問題研究中，其總動量是守恒的，而依據碰撞的規律，物體的機械能卻不是守恒的，其會發生變化。在整個實驗過程中，相關現象和數據都是處于動態變化中的。利用傳感器來探尋碰撞問題，不僅能夠幫助我們深刻感知物體碰撞過程及其發生的突變現象，而且還能夠幫助我們及時接觸、了解和使用新的事物，提升我們操作物理實驗，探索物理規律的能力。

結束語

在碰撞問題的學習中，尤其是碰撞實驗過程，由于實驗本身的特殊性和瞬時性，需要在實驗操作中應用到新型的傳感器技術。借助現代化技術可幫助我們更好地認識實驗過程，深化我們對碰撞問題的認知。

[1]張靜.在高中物理教學中如何處理好“碰撞”的教學[J].六盤水師范高等專科學校學報,2010,(03):75-77.

（作者單位：湖南省長沙市第一中學）