探究《互成角度的两个力的合成规律》
时间：2023-02-04 14:00:07 来源：千叶帆 本文已影响人
国秀颖
摘要：人教版普通高中课程标准实验教科书必修1第三章第4节《力的合成》中平行四边形定则实验完成了从验证性实验到探究性实验的质变，本文本着《物理课程标准》中对实验教学提出的“深入对实验过程和误差的分析”和“强化实验方案的自我设计”的两个要求，对教材实验装置进行改进，使学生在理解教材实验原理的基础上，对实验过程及产生误差的原因进行分析，并自我设计创新改进实验装置，充分理解并应用“等效替代”和思维方法，为后面学习运动的合成与分解、等效电路、交变电流有效值定义等知识奠定基础;通过误差分析、实验装置的改进，培养学生的科学严谨、勇于创新的科学精神。从而提升学生科学思维和实验探究等方面的素养。
教材实验：
实验步骤：（1）桌上放置一块方木板，用图钉将一张白纸固定在木板上。（2）用图钉将橡皮条的一端固定在木板上A点，橡皮条另一端拴上两个绳套。（3）用两个弹簧测力计拉伸橡皮条上的绳套，使橡皮条末端节点到达O位置。（4）记录节点位置O、拉力方向、拉力大小。（5）换用一根弹簧测力计拉伸橡皮条，使其节点仍然到达位置O处。（6）记录拉力大小和方向。（7）选择合适标度，作出三个拉力的图示，探究其满足规律。
误差分析：（1）两次拉伸橡皮条需保证节点位置相同。（2）由于橡皮条反复拉伸，产生微小形变，导致两次作用效果不同。（3）记录节点位置、拉力大小方向时要求弹簧测力计稳定状态读数，轻微抖动都会影响拉力方向和大小。（4）实际操作中要求弹簧测力计拉伸方向与木板平行，但是装置无法实现平行等。
针对学生提出可能产生误差的原因，师生共同讨论研究进行了教具创新，以解决出现的问题。尽管学生对教具改进提出的意见不一定可行，但是学生思考问题寻找解决方案的过程，就是科学精神的培养和求实严谨态度的渗透，对提升学生物理学科素养至关重要。
教具创新
1、装置介绍
（1）器材准备：方木板一块、抽屉滑道一组、滑轮两个、弹簧测力计两个、细线若干、铁架台、勾码或重物等。
（2）制作过程：将抽屉滑道底轨水平固定在木板上，将滑道的两副滚珠都放入底轨内，把两个滑轮固定在两个小内轨安装到滑道上;将三条细线系在一起形成一个节点，其中两条细线分别跨过两个滑轮，分别用弹簧测力计勾住;另
一条细线挂上重物，整个装置制作完成，实物如上图。
2、实验操作
（1）中间细线挂上重物，拉伸两侧弹簧测力计，重物平衡狀态后，记录三条细线方向和两侧弹簧测力计示数;
（2）用一个弹簧测力计勾住重物跨过滑轮，记录弹簧测力计示数（合力大小）。
（3）数据处理，作图分析。
3、教具优势
（1）不用反复操作，解决作用效果不同的问题。
（2）读数时只要保证重物平衡即可，对于弹簧测力计稳定性没有严格要求。
（3）操作过程中只要保证木板竖直就可以保证拉力方向和木板平行了，减少了接触误差。
（4）实验过程中没有节点位置要求，只要重物静止即可。不同的平衡位置，就相当于改变了分力方向，从而实现多次实验。
4、拓展应用
（1）通过改变平衡点位置或者调节滑轮间距改变分力方向，随时观察示数变化，从而定性分析夹角大小对合力效果的影响。
（2）不仅可以探究力的合成规律，还可以用来演示力的分解的多解性，帮助学生突破下节课难点。
（3）将传统等效替代思想和共点力平衡有效整合，一个装置解决两种问题。可以帮助学生更好的适应高考出题形式的多样性。
5、教学价值
在学生理解教材实验原理的基础上，帮助学生分析产生误差的原因，从而改进实验装置进行探究，不仅可以让学生理解并应用等效替代的思想，还可以在自制教具过程中锻炼解决问题能力，培养科学创新精神，养成求实严谨态度，从而更好的养成物理学科素养，全面实现高中物理教学目标。
总结
物理是一门以抽象思维为主的学科，又是一门以实验为基本方法的学科。新课程标准的实施，不仅要求老师教学时要做大量的演示实验，还要求给学生创造条件进行课内和课外实验探究。但很多学校实验器材和教具不能满足教学需要，针对新课程改革的发展需要，教师应该在教育教学中大胆创新，方法之一，可以通过自制教具，引导学生制作学具，并应用于实践，可以有效地促进了学生综合能力的持续发展。
参考文献：
中华人民共和国教育部.普通高中物理课程标准2017.人民出版社.
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