互成角度的力的合成實驗改進創新設計

賈敏

摘? 要：基于現在中學，實驗儀器過于老舊，操作復雜，現介紹一種操作簡單方便的互成角度的力的合成實驗改進創新設計方案，實現高效且有意義的物理課堂，提升學生的核心素養。

關鍵詞：力的合成;電子秤;同心圓紙

《普通高中物理課程標準（2017年版）》指出高中物理是一門實驗科學，所以在課程實施過程中需要盡可能為學生創造良好實驗環境，實驗教學是培養學生物理學科素養的非常重要渠道，所以不僅是利用學校實驗室僅有的器材做實驗，還要利用日常中可取的用品進行實驗改進或實驗創新，使實驗結果果更加可視化，下面介紹一種操作簡單方便的力的合成實驗方案。

一、實驗來源

本實驗選自高中物理粵教版必修一《第四節 探究互成角度的力的合成》，是新課標的必做實驗。

二、設計目標

本實驗的“課程目標”來自新課標《必修1》，內容有：1.2.2 通過學生合作探究實驗，知道并領會力的合成與分解的概念，理解矢量和標量的區別。能用共點力的平衡條件知識解決實際問題。

根據“課程目標”的要求，設計一種利用日常用品改進實驗，使其操作簡單容易，同時也達到一個可視化的目的。

三、實驗方案設計

1.實驗目的

探究不同直線上合力和分力的關系

2.實驗原理

不同直線上的兩個力的效果和另一個力產生相同的效果，在實驗誤差允許范圍內，用平行四邊形定則求出的理論合力值與實際情況中另一個力是否相等

3.實驗器材

生活用品粘鉤、畫有同心圓的白紙、帶有細繩套的橡皮筋，電子秤、鉛筆，刻度尺，粘鉤日常用品可取，環保，可循環使用，帶有同心圓的紙，自己親手制作，電子秤可以達到可視化的效果。

4.實驗步驟

（1）共5個步驟

步驟①固定粘鉤，并固定橡皮筋;步驟②測分力;步驟③測合力;步驟④用刻度尺畫平行四邊形，重復多組實驗;步驟⑤數據記錄和處理。本實驗操作過程中重點是會用刻度尺畫平行四邊形，難點是記錄分力大小及方向。

（2）實驗注意事項

1.在同一次實驗中，用刻度尺作力的圖示時，標度相同，并且選取標度一定要合適，不能使所畫的平行四邊形過大，或者過小，否則會引起實驗誤差。

2.實驗操作時，要保證細線，電子秤和桌面在同一平面上，即保持平行。

四、實驗創新要點

下面闡述本實驗的創新之處。傳承常規步驟，實驗儀器上面做了一些改進，使操作簡單可行。

步驟1.先固定好粘鉤，然后再把帶有細繩的橡皮筋套在粘鉤上，再把同心圓紙固定在桌面上，這一操作過程可在教室進行，實現了實驗操作的場地跨度。

步驟2.用兩個電子秤鉤住細繩套互成角度的拉帶有細繩套的橡皮筋，使橡皮筋到達同心圓的圓心，同時記錄兩電子秤的讀數，并用鉛筆描下兩細繩的方向，這里把橡皮筋拉到圓心位置，省去了傳統實驗操作記固定點的這一步，也是可以達到力的等效替代這個效果，只需找到圓心然后再記兩分力大小方向。同時這里的同心圓是間隔相等的，所以也是方便記力的大小的，給我們實驗提供了很大的便利之處。

步驟3.用鉛筆和刻度尺從圓心沿著兩細繩的方向畫直線，按選定的標度做出兩個力的圖示，并以畫出的兩個力為鄰邊作出平行四邊形，且過同心圓圓心畫兩個力所夾的那條對角線。

步驟4.用一只電子秤通過細繩把橡皮筋的結點拉到圓心，記下電子秤的讀數，以上步驟中用到電子秤方便記下力的大小，電子秤相對傳統彈簧測力計讀數穩定。

步驟5.數據記錄和處理

五、誤差分析

因為本實驗主要來源于彈簧測力計讀數時，指針晃動。造成讀數不準確，所以更換電子秤，示數穩定，讀數更加準確。

六、數據記錄表

七、實驗效果評價

1.實驗結果與誤差分析

本實驗采用電腦版WPS編寫函數自動計算處理，如圖所示，其誤差在5%以內，所以在誤差允許的范圍內，力的合成遵循平行四邊形定則。

八、總結反思

1.本實驗敢于打破傳統實驗，取材于生活，使其操作方便，成本低，環保，循環使用，效果明顯，并且擴大了做實驗的環境，不只是局限于實驗室。

2.本課書內容屬于實驗探究，那么提出一個問題遠遠比解決一個問題更加重要，提出問題之后就要猜想與假設，并進一步制定探究方案，通過實驗研究，獲得數據，分析數據，最后通過討論得出結論。所以在科學探究過程中學生自然而然體會到科學探究的嚴謹性。

3.本實驗教師簡單演示后學生就可進行分組實驗，并且兩人配合做實驗操作簡單易懂，其實改進實驗不需要太復雜，可以鼓勵充分發揮自己的想象力，只有想不到，沒有做不到，讓學生在實驗探究中不斷發現問題，解決問題，大膽猜想，不斷嘗試，會有意想不到的收獲，也可以借此教育學生科學探究并沒有那么簡單容易，需要不斷去試錯，驗證，最終得到結果。

4.所以我們在上實驗課有意引導，多和學生一起討論、探究，學生也會對物理感興趣，同時增強學生實驗創新、解決問題等關鍵能力，切實地提升學生的核心素養。

（作者單位：清遠市第一中學，廣東? ?清遠? ? 511500）