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【摘要】人教版初中物理八年级下册第八章第二节《二力平衡》“探究二力平衡的条件”实验,通过改变小车在水平方向所受二力的情况,观察小车在什么条件下会保持运动状态不变?从而得出二力平衡条件。教材中演示实验存在诸多不足,如实验是在水平桌面不利于学生观察、摩擦力较大、研究对象(小车)受两对平衡力等。作者通过强磁铁把实验器材直接吸附在黑板上,用小纸片代替小车,增加保险细绳等自制教具改进实验,显著提高了实验效果,有效地帮助学生理解二力平衡条件。
【关键词】二力平衡条件;自制教具;实验改进
一、课标要求
《义务教育物理课程标准(2011年版)》要求,培养学生严谨认真的科学态度,培养学生运用研究方法的意识,培养学生具有初步的科学探究能力。对“探究二力平衡的条件”实验要求是必须通过实验,让学生观察实验现象,了解二力平衡条件,即“作用在同一物体上,大小相等,方向相反,同一直线”。
二、传统演示实验不足
1.实验是在水平桌面上进行,不利于全班各个位置的学生是观察实验现象,直接影响了实验的演示效果。(如图1)
2.实验中研究对象小车所受的力不是只有水平方向两个力,而是受到多个力,有重力、支持力、两个拉力,如果小车运动或有运动趋势,还有摩擦力。当小车在水平面静止或匀速直线运动时在竖直方向和水平方向各有一组平衡力(如图2)。如果在教学只讲小车受到的两个拉力而不全面分析小车的受力,这不符合实际,对于具有一定思考能力的学生可能会产生迷惑。如果全面分析小车的受力,又会增加难度,小车的平衡不是只受到二力的平衡,不利于“二力”平衡条件学习,使得该实验的说服力降低。探究二力平衡条件之“同一个物体上”时,小车无法一分为二变成两个物体。
3.探究二力平衡条件之“同一直线上”时,需要把小车旋转一个角度后松手,由于桌面摩擦力较大,实验效果可能不理想。
三、实验改进
1.实验器材: 6个规格为25mm×4mm带孔钕铁硼强磁铁,6个10mm螺丝钉,两块长宽高分别为80mm×40mm×25mm长方体木块,兩个螺丝吊环、两个相同的滑轮、一个轻纸片、若干细线、几个钩码、剪刀。
2.实验装置:把6带孔强磁铁分成两组,用螺丝钉分别固定在长方体木块底部,再把螺丝吊环直接固定在长方体木块上表面中间(如图3)。把长方体木块沿长边竖直吸在黑板上,把两个滑轮钩住吊环,把纸片的两端中间打孔,用细线穿过并绑牢,再用细线的另两端绕过滑轮并挂上钩码(如图4)。
3.实验过程
(1)分别在细线两端挂100g、200g、300g钩码,然后两端挂不同质量钩码,比较纸片的运动状态,得出二力平衡条件必须是“大小相等”。
(2)通过观察并分析比较纸片在平衡时和不平衡时的受力情况,得出二力平衡必须是“方向相反”。
(3)旋转纸片一定的角度或上下移动纸片一定的距离松开,观察纸片的运动状态;纸片平衡状态下随意移动滑轮到任一位置,观察纸片能否继续保持平衡,从正反两方面实验验证得出二力平衡必须在“同一直线”上。(如图5)
(4)给已经平衡的纸片两端加一根15cm左右的细线充当保险绳,用剪刀把纸片从中间一分为二,观察剪开后的两半纸片的运动状态,得出二力平衡必须在“同一物体”上(如图6图7),同时由于保险绳作用,两边钩码不会砸落地面。
四、创新之处
1.实验器材通过强磁铁直接吸在黑板上,实验过程改在竖直面上进行,扩大视野,方便全班不同角度同学直接观察实验现象。
2.两个木块底部各固定三个钕铁硼强磁铁,吸在黑板上非常稳定牢固,细线两端可以承受的拉力较大,实验中笔者试过两端各挂500g钩码也非常稳定。根据需要加大强磁铁直径和厚度或强磁铁个数,可以显著提升承受拉力且非常稳定。
3.用小纸片悬挂起来代替水平桌面上的小车,由于小纸片的重力远小于钩码对纸片的拉力,所以小纸片的重力可以忽略不计。同时把在水平桌面进行的实验改为竖直方向上进行,使接触面脱离接触,排除了摩擦力对实验的影响。
4.选取轻质纸片,忽略自身的重力,这时纸片只受到水平两个拉力,排除其它力的干扰,让学生更容易理解,也更直观观察实验探究的是水平方向两个拉力的平衡条件。
5.强磁铁厚度(0.4cm)加木块厚度(2.5cm)加吊钩长度(5cm),保证悬挂滑轮处与黑板距离接近8cm,探究二力平衡条件“同一直线上”时,扭转纸片或上下移动纸片都不会碰到黑板,且细线两端悬挂的钩码在晃动过程中也不会碰到黑板。
6.探究二力平衡条件“同一直线上”时,强磁铁带着滑轮可以很方便在黑板不同位置上移动,验证二力平衡条件是“同一直线上”而不是“同一水平直线”。
7.探究二力平衡条件“同一物体上”时,在纸片两端加上保险绳,当把纸片从中剪断时,既可以让学生直观看到纸片“一分为二”瞬间,纸片从开始的静止状态到剪成两半后的运动状态,同时由于保险绳的存在,避免剪断纸片时,两边钩码砸落地面,造成惊吓或安全隐患。
8.器材简单,操作方便,制作工艺要求不高,经济实用,所需器材淘宝十几元就能买到,实验效果明显,容易复制推广。
【关键词】二力平衡条件;自制教具;实验改进
一、课标要求
《义务教育物理课程标准(2011年版)》要求,培养学生严谨认真的科学态度,培养学生运用研究方法的意识,培养学生具有初步的科学探究能力。对“探究二力平衡的条件”实验要求是必须通过实验,让学生观察实验现象,了解二力平衡条件,即“作用在同一物体上,大小相等,方向相反,同一直线”。
二、传统演示实验不足
1.实验是在水平桌面上进行,不利于全班各个位置的学生是观察实验现象,直接影响了实验的演示效果。(如图1)
2.实验中研究对象小车所受的力不是只有水平方向两个力,而是受到多个力,有重力、支持力、两个拉力,如果小车运动或有运动趋势,还有摩擦力。当小车在水平面静止或匀速直线运动时在竖直方向和水平方向各有一组平衡力(如图2)。如果在教学只讲小车受到的两个拉力而不全面分析小车的受力,这不符合实际,对于具有一定思考能力的学生可能会产生迷惑。如果全面分析小车的受力,又会增加难度,小车的平衡不是只受到二力的平衡,不利于“二力”平衡条件学习,使得该实验的说服力降低。探究二力平衡条件之“同一个物体上”时,小车无法一分为二变成两个物体。
3.探究二力平衡条件之“同一直线上”时,需要把小车旋转一个角度后松手,由于桌面摩擦力较大,实验效果可能不理想。
三、实验改进
1.实验器材: 6个规格为25mm×4mm带孔钕铁硼强磁铁,6个10mm螺丝钉,两块长宽高分别为80mm×40mm×25mm长方体木块,兩个螺丝吊环、两个相同的滑轮、一个轻纸片、若干细线、几个钩码、剪刀。
2.实验装置:把6带孔强磁铁分成两组,用螺丝钉分别固定在长方体木块底部,再把螺丝吊环直接固定在长方体木块上表面中间(如图3)。把长方体木块沿长边竖直吸在黑板上,把两个滑轮钩住吊环,把纸片的两端中间打孔,用细线穿过并绑牢,再用细线的另两端绕过滑轮并挂上钩码(如图4)。
3.实验过程
(1)分别在细线两端挂100g、200g、300g钩码,然后两端挂不同质量钩码,比较纸片的运动状态,得出二力平衡条件必须是“大小相等”。
(2)通过观察并分析比较纸片在平衡时和不平衡时的受力情况,得出二力平衡必须是“方向相反”。
(3)旋转纸片一定的角度或上下移动纸片一定的距离松开,观察纸片的运动状态;纸片平衡状态下随意移动滑轮到任一位置,观察纸片能否继续保持平衡,从正反两方面实验验证得出二力平衡必须在“同一直线”上。(如图5)
(4)给已经平衡的纸片两端加一根15cm左右的细线充当保险绳,用剪刀把纸片从中间一分为二,观察剪开后的两半纸片的运动状态,得出二力平衡必须在“同一物体”上(如图6图7),同时由于保险绳作用,两边钩码不会砸落地面。
四、创新之处
1.实验器材通过强磁铁直接吸在黑板上,实验过程改在竖直面上进行,扩大视野,方便全班不同角度同学直接观察实验现象。
2.两个木块底部各固定三个钕铁硼强磁铁,吸在黑板上非常稳定牢固,细线两端可以承受的拉力较大,实验中笔者试过两端各挂500g钩码也非常稳定。根据需要加大强磁铁直径和厚度或强磁铁个数,可以显著提升承受拉力且非常稳定。
3.用小纸片悬挂起来代替水平桌面上的小车,由于小纸片的重力远小于钩码对纸片的拉力,所以小纸片的重力可以忽略不计。同时把在水平桌面进行的实验改为竖直方向上进行,使接触面脱离接触,排除了摩擦力对实验的影响。
4.选取轻质纸片,忽略自身的重力,这时纸片只受到水平两个拉力,排除其它力的干扰,让学生更容易理解,也更直观观察实验探究的是水平方向两个拉力的平衡条件。
5.强磁铁厚度(0.4cm)加木块厚度(2.5cm)加吊钩长度(5cm),保证悬挂滑轮处与黑板距离接近8cm,探究二力平衡条件“同一直线上”时,扭转纸片或上下移动纸片都不会碰到黑板,且细线两端悬挂的钩码在晃动过程中也不会碰到黑板。
6.探究二力平衡条件“同一直线上”时,强磁铁带着滑轮可以很方便在黑板不同位置上移动,验证二力平衡条件是“同一直线上”而不是“同一水平直线”。
7.探究二力平衡条件“同一物体上”时,在纸片两端加上保险绳,当把纸片从中剪断时,既可以让学生直观看到纸片“一分为二”瞬间,纸片从开始的静止状态到剪成两半后的运动状态,同时由于保险绳的存在,避免剪断纸片时,两边钩码砸落地面,造成惊吓或安全隐患。
8.器材简单,操作方便,制作工艺要求不高,经济实用,所需器材淘宝十几元就能买到,实验效果明显,容易复制推广。