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力的分解实验与教学设计 北京市顺义区杨镇第一中学 摘 要：力的分解有很多种方法, 在给学生讲解时主要介绍两种重要的分解方法:一是正交分解的方法, 二是根据力的作用效果分解力的方法.而第二种按照力的作用效果分解力的方法学生不容易理解.不容易理解力的作用效果是什么, 因而, 可以借助实验, 让学生直观地看到和感受到力的作用效果. 关键词：力的分解; 实验; 建模; 1 引入新课 为了激发学生的学习兴趣, 笔者想到了更有视觉冲击力的一个实验:请一位力气大、个子高的男同学, 相约来到了操场, 借了一辆校车 (金杯) , 和一条拖车绳, 想和他PK一下, 看谁能把车拉动.用摄像机记录了PK的全过程. 当学生们课堂上看到了视频中笔者赢了那位男同学的时候, 爆发了由衷的掌声和欢呼声, 也不由得相互讨论:为什么呢?学生们兴致勃勃的开始了这节课的学习. 2 源于生活的图片和建模 课堂上, 先给学生看几组生活中常见现象的图片, 如图1所示. 图1 生活中常见现象的图片组合一 让学生们仔细观察, 发现图片中的相同点:斜拉物体;然后和学生们一起构建物理模型一:一条细绳斜向上方拉一个物体;斜向上方的拉力对物体会有什么作用效果呢?如图2所示. 图2 物体受斜向上方的拉力 给学生准备好细绳和钩码, 让学生两人一组实验并进行观察、分析.学生们很容易说出这个斜向上方的拉力有向前拉物体的效果, 但是对于向上提物体的效果学生们感受并不直观, 所以为了让学生们直观地感知竖直方向向上提物体的效果, 笔者准备了厨房用的灵敏电子秤, 通过实物投影让学生们观察, 不拉钩码和斜向上方拉钩码时电子秤的示数, 这样, 电子秤示数的减小给学生们留下了深刻的印象, 于是也就更加明确了斜向上方的拉力既有向前拉物体的作用效果又有向上提物体的作用效果.这样学生们就可以很容易解释源于生活中的这些图片中拉力为什么要斜向上了. 再给学生们观看源于生活的一些图片, 如图3所示.长长的立交桥的引桥、坡度很大的滑梯、弯曲的盘山公路.同样的方法和学生构建物理模型二:斜面上放一物体;物体的重力会有什么作用效果呢?学生们通过实验来观察和分析:用直尺充当斜面, 钩码充当斜面上的重物, 直尺的一端用书垫起, 可以垫起不同的高度来改变斜面的倾角.如图4所示. 图3 生活中常见现象的图片组合二 图4 斜面及斜面上的钩码 学生实验后可以总结出:当斜面倾角较小时, 物体不下滑, 物体把尺子压弯了, 当斜面倾角较大时物体会下滑……这样, 学生们就可以很好的解释为什么立交桥要建长长的引桥, 为什么滑梯的坡度要很大, 为什么盘山公路要蜿蜒盘旋……重力的作用效果也很容易总结出来了.所以, 实验可以让学生直观的观察到现象, 更容易理解新的知识. 第三组图片就是同学们每天上楼下楼的必经“风景”, 如图5所示. 电线杆旁为什么会有拉线呢?这些拉线起到什么作用?构建模型三:三角架.为了让学生们切身感受, 为每个同学都准备了橡皮筋, 让他们用笔尖对着自己的掌心, 改变悬挂在下面的钩码个数, 说出手的感受.钩码向下的拉力的作用效果学生们也已经印象深刻了. 图5 生活中常见现象的图片组合三 3 实验定量验证 除了这些定性的感知以外, 笔者还特制了一个三脚架, 安装了两个力传感器, 传感器可以准确地显示出压力和拉力的大小, 如图6所示. 这样, 通过传感器显示的示数还可以验证合力和分力遵从力的平行四边形法则.这样通过这些实验, 如何按照力的作用效果分解力以及力的分解应该遵循的法则学生们很容易的接受了. 4 课堂的首尾呼应 最后让学生分析课前的视频.学生根据所学知识, 画出拉车时力的图示, 按照作用效果沿绳方向分解拉力, 如图7所示.明白原因之后学生感觉原来力的作用效果并不难理解, 这也是笔者设计这节课的初衷. 7 拉车和拉车时力的图示 文章转载于《物理通报》2017.S2,37-38 |
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