探究《互成角度的兩個(gè)力的合成規(guī)律》

國(guó)秀穎

摘要：人教版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書必修1第三章第4節(jié)《力的合成》中平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)完成了從驗(yàn)證性實(shí)驗(yàn)到探究性實(shí)驗(yàn)的質(zhì)變，本文本著《物理課程標(biāo)準(zhǔn)》中對(duì)實(shí)驗(yàn)教學(xué)提出的“深入對(duì)實(shí)驗(yàn)過程和誤差的分析”和“強(qiáng)化實(shí)驗(yàn)方案的自我設(shè)計(jì)”的兩個(gè)要求，對(duì)教材實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行改進(jìn)，使學(xué)生在理解教材實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，對(duì)實(shí)驗(yàn)過程及產(chǎn)生誤差的原因進(jìn)行分析，并自我設(shè)計(jì)創(chuàng)新改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置，充分理解并應(yīng)用“等效替代”和思維方法，為后面學(xué)習(xí)運(yùn)動(dòng)的合成與分解、等效電路、交變電流有效值定義等知識(shí)奠定基礎(chǔ);通過誤差分析、實(shí)驗(yàn)裝置的改進(jìn)，培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、勇于創(chuàng)新的科學(xué)精神。從而提升學(xué)生科學(xué)思維和實(shí)驗(yàn)探究等方面的素養(yǎng)。

教材實(shí)驗(yàn)：

實(shí)驗(yàn)步驟：（1）桌上放置一塊方木板，用圖釘將一張白紙固定在木板上。（2）用圖釘將橡皮條的一端固定在木板上A點(diǎn)，橡皮條另一端拴上兩個(gè)繩套。（3）用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)拉伸橡皮條上的繩套，使橡皮條末端節(jié)點(diǎn)到達(dá)O位置。（4）記錄節(jié)點(diǎn)位置O、拉力方向、拉力大小。（5）換用一根彈簧測(cè)力計(jì)拉伸橡皮條，使其節(jié)點(diǎn)仍然到達(dá)位置O處。（6）記錄拉力大小和方向。（7）選擇合適標(biāo)度，作出三個(gè)拉力的圖示，探究其滿足規(guī)律。

誤差分析：（1）兩次拉伸橡皮條需保證節(jié)點(diǎn)位置相同。（2）由于橡皮條反復(fù)拉伸，產(chǎn)生微小形變，導(dǎo)致兩次作用效果不同。（3）記錄節(jié)點(diǎn)位置、拉力大小方向時(shí)要求彈簧測(cè)力計(jì)穩(wěn)定狀態(tài)讀數(shù)，輕微抖動(dòng)都會(huì)影響拉力方向和大小。（4）實(shí)際操作中要求彈簧測(cè)力計(jì)拉伸方向與木板平行，但是裝置無(wú)法實(shí)現(xiàn)平行等。

針對(duì)學(xué)生提出可能產(chǎn)生誤差的原因，師生共同討論研究進(jìn)行了教具創(chuàng)新，以解決出現(xiàn)的問題。盡管學(xué)生對(duì)教具改進(jìn)提出的意見不一定可行，但是學(xué)生思考問題尋找解決方案的過程，就是科學(xué)精神的培養(yǎng)和求實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度的滲透，對(duì)提升學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)至關(guān)重要。

教具創(chuàng)新

1、裝置介紹

（1）器材準(zhǔn)備：方木板一塊、抽屜滑道一組、滑輪兩個(gè)、彈簧測(cè)力計(jì)兩個(gè)、細(xì)線若干、鐵架臺(tái)、勾碼或重物等。

（2）制作過程：將抽屜滑道底軌水平固定在木板上，將滑道的兩副滾珠都放入底軌內(nèi)，把兩個(gè)滑輪固定在兩個(gè)小內(nèi)軌安裝到滑道上;將三條細(xì)線系在一起形成一個(gè)節(jié)點(diǎn)，其中兩條細(xì)線分別跨過兩個(gè)滑輪，分別用彈簧測(cè)力計(jì)勾住;另

一條細(xì)線掛上重物，整個(gè)裝置制作完成，實(shí)物如上圖。

2、實(shí)驗(yàn)操作

（1）中間細(xì)線掛上重物，拉伸兩側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)，重物平衡狀態(tài)后，記錄三條細(xì)線方向和兩側(cè)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù);

（2）用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)勾住重物跨過滑輪，記錄彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)（合力大小）。

（3）數(shù)據(jù)處理，作圖分析。

3、教具優(yōu)勢(shì)

（1）不用反復(fù)操作，解決作用效果不同的問題。

（2）讀數(shù)時(shí)只要保證重物平衡即可，對(duì)于彈簧測(cè)力計(jì)穩(wěn)定性沒有嚴(yán)格要求。

（3）操作過程中只要保證木板豎直就可以保證拉力方向和木板平行了，減少了接觸誤差。

（4）實(shí)驗(yàn)過程中沒有節(jié)點(diǎn)位置要求，只要重物靜止即可。不同的平衡位置，就相當(dāng)于改變了分力方向，從而實(shí)現(xiàn)多次實(shí)驗(yàn)。

4、拓展應(yīng)用

（1）通過改變平衡點(diǎn)位置或者調(diào)節(jié)滑輪間距改變分力方向，隨時(shí)觀察示數(shù)變化，從而定性分析夾角大小對(duì)合力效果的影響。

（2）不僅可以探究力的合成規(guī)律，還可以用來(lái)演示力的分解的多解性，幫助學(xué)生突破下節(jié)課難點(diǎn)。

（3）將傳統(tǒng)等效替代思想和共點(diǎn)力平衡有效整合，一個(gè)裝置解決兩種問題。可以幫助學(xué)生更好的適應(yīng)高考出題形式的多樣性。

5、教學(xué)價(jià)值

在學(xué)生理解教材實(shí)驗(yàn)原理的基礎(chǔ)上，幫助學(xué)生分析產(chǎn)生誤差的原因，從而改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置進(jìn)行探究，不僅可以讓學(xué)生理解并應(yīng)用等效替代的思想，還可以在自制教具過程中鍛煉解決問題能力，培養(yǎng)科學(xué)創(chuàng)新精神，養(yǎng)成求實(shí)嚴(yán)謹(jǐn)態(tài)度，從而更好的養(yǎng)成物理學(xué)科素養(yǎng)，全面實(shí)現(xiàn)高中物理教學(xué)目標(biāo)。

總結(jié)

物理是一門以抽象思維為主的學(xué)科，又是一門以實(shí)驗(yàn)為基本方法的學(xué)科。新課程標(biāo)準(zhǔn)的實(shí)施，不僅要求老師教學(xué)時(shí)要做大量的演示實(shí)驗(yàn)，還要求給學(xué)生創(chuàng)造條件進(jìn)行課內(nèi)和課外實(shí)驗(yàn)探究。但很多學(xué)校實(shí)驗(yàn)器材和教具不能滿足教學(xué)需要，針對(duì)新課程改革的發(fā)展需要，教師應(yīng)該在教育教學(xué)中大膽創(chuàng)新，方法之一，可以通過自制教具，引導(dǎo)學(xué)生制作學(xué)具，并應(yīng)用于實(shí)踐，可以有效地促進(jìn)了學(xué)生綜合能力的持續(xù)發(fā)展。

參考文獻(xiàn)：

中華人民共和國(guó)教育部.普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)2017.人民出版社.