柱式测力传感器工作原理基于手机phyphox下esp32的自制力传感器----探究作用力与反作用力大小的实验

发布时间：2026-07-21阅读(1)

导读在探究作用力与反作用力大小的教学中，我使用了自制的力传感器，效果超出了原有的想象。现将自己的教学过程与大家分享，不足之处，希望大家多提宝贵意见。一.起因教学....

在探究作用力与反作用力大小的教学中，我使用了自制的力传感器，效果超出了原有的想象。现将自己的教学过程与大家分享，不足之处，希望大家多提宝贵意见。

一.起因

教学中传统方式是使用弹簧测力计，在静力平衡状态下寻找作用力与反作用力大小关系时简单方便可靠，但很难完成物体运动状态下的作用力与反作用力大小的测量，实验受到了极大限制。若要全面的深入探究作用力与反作用力大小的关系就需要传感器，传感器的优点是随时记录其力随时间的变化，并以图像形式显示，还可以进行数据图像的叠加图来看其大小。

二、主要的仪器--两类自制力传感器

三、实验操作过程

1.传统的测力计实验

传统的测力计实验中靠眼睛的观测读取数据，只有在弹簧测力计静止情况才能读出其准确值，要想在物体运动状态、气体状态、液体状态下的测量作用力与反作用力就有一定的难度。牛顿第三定律中的“总是”需要在不同情境下验证。若这些实验不做的话，将会对学生理解作用力与反作用力关系的成立条件影响较大，后期只能通过大量的习题训练和强调来完成。

作者通过自制的力传感器进行了各种状态和条件下的尝试：

2.两个拉力传感器实验

进行镜像和重叠图比对，不是非常完美的拟合，存在一定的差异

3.磁铁间非接触力的实验

4.液体的作用力与反作用力

5.气体的作用力与反作用力

小数点第二位存在一定的差异。

四、实验的反思

传感器测得的实验数据精准度高，相较使用弹簧测力最多只能读到小数点后一位，自制传感器基本读到小数点后两位，差异只存在小数点第二位上，这种差异一种可能来自两个Esp32进行采集数据本身的时序存在差异，另一种可能是两个扭力梁的反应及数据传送上存在微小的时序差异，这也是后期需要对自制传感器进行复查和改进的地方；在做气体实验时，气体流动性很复杂，由于气体与压力传感器的作用过程中，部分气流反向，会对吹风机二次作用，对实验的数据影响很大，风口要与压力传感器保持一定的合理距离,因此实验数据气体存在较大差异。其实任何实验都存在误差，在误差允许的范围内得出结论。对误差进行分析，又能不断改进实验，本实验在气体的作用力与反作用力大小实验还需进一步优化，如将手提的拉力传感器改为铁架台悬挂，一定程度上能保证的数据的稳定等。