“力的平衡”探究實驗課的設計

高炳添

一、教學設計思路

探究實驗課是新課程提倡的一種教學方式，教師如何引導，對整堂課如何設計，才能讓學生真正體驗到探究過程，才能讓學生把探究過程和學習物理知識結合起來，如何尊重學生，信任學生，才能真正讓學生成為教學活動的主體。在這節課中，首先引入一個場景，把學生的地位建立起來，同時引出探究的問題，這就使教學的重點由學習物理知識變為探索知識的過程。用提問的形式，引導學生設計實驗，用他們所發現的問題，及同學之間的互相交流，解決實驗中的注意事項及同學交流歸納總結得出實驗結論。在這樣的探究中。學生體驗這個過程，重要的是培養了一定的分析問題，觀察問題，解決問題的能力。

二、教學目標

1知識與技能

(1)知道平衡狀態和平衡力的概念

(2)了解共點力作用下物體平衡的概念

(3)知道共點力的平衡條件

2過程與方法

(1)通過課堂小實驗，培養學生實驗觀察能力。

(2)通過設計實驗探究物體的平衡條件，培養學生的科學探究能力和實驗能力。

(3)通過課堂練習，訓練學生進行知識遷移及應用

3情感與態度

通過親自體驗的小實驗，利用互相交流共同設計實驗方案，培養學生與他人合作的精神；通過先從實驗探究，再從理論上總結共點力作用下物體的平衡條件，然后再應用，培養學生科學探究精神和理論聯系實驗、實際的科學態度。

教學重點：用實驗探究三個力的平衡條件的過程。

教學難點：在解決實際力的平衡問題中，應用平行四邊形定則及數學知識求解。

教具準備：1、多媒體2、實驗器材：①木板一塊②定滑輪三個③不同長度的細繩三段④鉤碼15個⑤白紙⑥鉛筆⑦尺⑧量角器⑨圖釘若干

三、教學過程

(一)導入新課

用老師分別與一個同學和兩個同學拔河比賽的視頻導入新課，結果都是平手(老師控制)

教師：觀察視頻時邊思考兩個問題，繩子的結點處于什么運動狀態?分別受到幾個力?

生：靜止狀態，第一次受兩個力，第二次受三個力。

師：我可以和一個同學拔河，也可以和i個，甚至全班同學。想了解一下為什么?共點力必須滿足什么條件呢?(提出本節課的探究問題)

(二)新課教學

多媒體展示：遠古巨石，蘑菇石。

師：物體處于什么運動狀態?

生：靜止狀態

多媒體展示：勻速飛行的飛機，勻速行駛的磁懸浮列車，沿斜面勻速下滑的物體。

師：物體又處于什么運動狀態?

生：勻速運動狀態

師：物體保持靜止或勻速直線運動的狀態，稱為平衡狀態

1平衡狀態：

引申：平衡狀態——速度保持不變——加速度a=0

討論與交流：

飛機從起飛，到以一定的速度平穩飛行，再到降落，最后停在機場。全過程中哪些階段飛機是處于平衡狀態?

2共點力作用下物體的平衡條件

(1)引入

多媒體展示兩個同學和三個同學拉繩子，及人拉著箱子勻速前進的情景。

師：物體處于平衡狀態，可以受到兩個力，也可以受到三個力，甚至是四個力作用。那么物體處在平衡狀態時，所受的力要滿足什么條件呢?

師：我們先研究兩個力的情況。(可以讓學生用實驗驗證一下，老師演示并強調注意事項。)

學生很容易得出：

二力平衡的條件：

①作用在同一物體上，同一直線上，大小相等，方向相反。

②兩個共點力作用下物體的平衡條件是合力為零，即F_合=0。

(2)設置探究問題

師：那物體在三個點力的作用下處于平衡狀態又要滿足什么條件呢?請大家用實驗探究一下。

(3)引出實驗設計

師：請同學們在設計前先回答以下幾個問題：實驗探究的對象是什么?如何得到力的大小?如何得到力的方向?如何準確的把力的大小和方向表示出來?

學生分組討論，回答了老師的問題。學生由剛才的問題，并設計出了一種比較常用的實驗方案，如圖1：

實驗設計方案一：

把木板放在水平面上，采用三個彈簧秤代替三個同學的拉力拉同一個結點，使得結點處于靜止(如圖1所示)并作好力的圖示，才能表現出三個力之間的關系。

分組動手做實驗，(老師：請你們把實驗過程中發現的問題記錄下來，比一比誰發現的問題多?)

各小組做好實驗，并得出實驗數據，同時各小組積極回答他們發現的問題：

①結點位置難確定

②繩子平行于白紙不好控制

③彈簧稱讀數不穩定

④三個力的圖示如何得到它們的關系?

師：大家都回答得非常好，現在各小組先討論一下前面的三個問題，你如何解決的，當然也可以設計出新的實驗方案啊!

學生積極的思考討論，有的小組在原來的實驗上進行改進，有的小組根據桌上的實驗器材進行新的設計。有一小組得出新的設計方案：

實驗設計方案二：

把木板豎直起來，采用三串鉤碼的重力代替三個同學的拉力，加上兩個定滑輪拉住一個結點，使得結點處于靜止(如圖2所示)并作好力的圖示，才能表現出三個力之間的關系。

師：請大家再動手做一下這個實驗，(同時要注意的問題，老師分析強調指出)。

學生比較快的做好這個實驗，并得出實驗數據，仍不能直接得出它們的之間的關系?

師：現在來分析一下，有些小組所提出的三個力的圖示如何得到它們的關系?(可以結合前面所學的知識)

生：我們可用力的合成法，先把其中兩個力變成一個力，再把這個力與第三個力比較。

師：這小組回答得非常精彩，現在請大家處理一下你的實驗數據，并得出你們所觀察到的問題。

同學利用平行四邊形定則得出圖，并得出實驗結論：

①任意兩個力的合力與第三個力大相等而方向相反。

②三個共點力平衡條件：F_合=0

拓展

師：大家能否根據剛才所探究的結果討論一下，四個力或更多力作用下的物體平衡條件是什么?

通過討論與交流，學生認識到：N個共點力平衡時，合力為零，其中任意第M個力與其余(N-1)個力的合力一定大小相等、方向相反。

師：雖然我們做的是三個共點力作用下物體平衡條件的實驗，得出平衡條件：F_合=0，但將這個結論推廣到多個共點力作用下物體平衡的情況，也可以用實驗來證明。

3，物體平衡條件的應用

例：用繩子將鳥籠靜止地掛在一根棟梁上，OA與橫梁的夾角60°，OA與OB垂直，如圖3所示。若鳥籠重為19.6N。求(1)繩子OC對鳥籠的拉力；(2)繩子OA和OB對結點0的拉力。

分析例題，讓學生先分析，老師再強調如何選擇探究對象。側重受力分析，分析狀態列方程。當然還可以用：①用分解法求解。②用正交分解法求解。這問題我們下一節課再研究。

共點力平衡條件應用解題的基本步驟：(由學生總結得出)

四、作業

1課本93頁第5、6、8題

2探究作業：用本節課的知識，課外做一下拔河比賽，如何以少勝多且以弱勝強呢?

五、教學反思

1、通過實際(生產生活中)的例子來說明怎樣的狀態是平衡狀態，使學生全面理解平衡狀態——靜止或勻速直線運動。

2、通過理論推理和實驗探究共點力作用下物體的平衡條件，以及在實例中的應用，是本節課教學的重點。如何依據平衡條件畫受力示意圖與列式，對于學生來說是學習中的難點。

3、通過本節例題的教學重在引導學生學習受力分析方法；建議教學中引導學生做出解題基本思路小結。