探究《互成角度的兩個力的合成規律》

國秀穎

摘要：人教版普通高中課程標準實驗教科書必修1第三章第4節《力的合成》中平行四邊形定則實驗完成了從驗證性實驗到探究性實驗的質變，本文本著《物理課程標準》中對實驗教學提出的“深入對實驗過程和誤差的分析”和“強化實驗方案的自我設計”的兩個要求，對教材實驗裝置進行改進，使學生在理解教材實驗原理的基礎上，對實驗過程及產生誤差的原因進行分析，并自我設計創新改進實驗裝置，充分理解并應用“等效替代”和思維方法，為后面學習運動的合成與分解、等效電路、交變電流有效值定義等知識奠定基礎;通過誤差分析、實驗裝置的改進，培養學生的科學嚴謹、勇于創新的科學精神。從而提升學生科學思維和實驗探究等方面的素養。

教材實驗：

實驗步驟：（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，橡皮條另一端拴上兩個繩套。（3）用兩個彈簧測力計拉伸橡皮條上的繩套，使橡皮條末端節點到達O位置。（4）記錄節點位置O、拉力方向、拉力大小。（5）換用一根彈簧測力計拉伸橡皮條，使其節點仍然到達位置O處。（6）記錄拉力大小和方向。（7）選擇合適標度，作出三個拉力的圖示，探究其滿足規律。

誤差分析：（1）兩次拉伸橡皮條需保證節點位置相同。（2）由于橡皮條反復拉伸，產生微小形變，導致兩次作用效果不同。（3）記錄節點位置、拉力大小方向時要求彈簧測力計穩定狀態讀數，輕微抖動都會影響拉力方向和大小。（4）實際操作中要求彈簧測力計拉伸方向與木板平行，但是裝置無法實現平行等。

針對學生提出可能產生誤差的原因，師生共同討論研究進行了教具創新，以解決出現的問題。盡管學生對教具改進提出的意見不一定可行，但是學生思考問題尋找解決方案的過程，就是科學精神的培養和求實嚴謹態度的滲透，對提升學生物理學科素養至關重要。

教具創新

1、裝置介紹

（1）器材準備：方木板一塊、抽屜滑道一組、滑輪兩個、彈簧測力計兩個、細線若干、鐵架臺、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，把兩個滑輪固定在兩個小內軌安裝到滑道上;將三條細線系在一起形成一個節點，其中兩條細線分別跨過兩個滑輪，分別用彈簧測力計勾住;另

一條細線掛上重物，整個裝置制作完成，實物如上圖。

2、實驗操作

（1）中間細線掛上重物，拉伸兩側彈簧測力計，重物平衡狀態后，記錄三條細線方向和兩側彈簧測力計示數;

（2）用一個彈簧測力計勾住重物跨過滑輪，記錄彈簧測力計示數（合力大?。?。

（3）數據處理，作圖分析。

3、教具優勢

（1）不用反復操作，解決作用效果不同的問題。

（2）讀數時只要保證重物平衡即可，對于彈簧測力計穩定性沒有嚴格要求。

（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）實驗過程中沒有節點位置要求，只要重物靜止即可。不同的平衡位置，就相當于改變了分力方向，從而實現多次實驗。

4、拓展應用

（1）通過改變平衡點位置或者調節滑輪間距改變分力方向，隨時觀察示數變化，從而定性分析夾角大小對合力效果的影響。

（2）不僅可以探究力的合成規律，還可以用來演示力的分解的多解性，幫助學生突破下節課難點。

（3）將傳統等效替代思想和共點力平衡有效整合，一個裝置解決兩種問題?？梢詭椭鷮W生更好的適應高考出題形式的多樣性。

5、教學價值

在學生理解教材實驗原理的基礎上，幫助學生分析產生誤差的原因，從而改進實驗裝置進行探究，不僅可以讓學生理解并應用等效替代的思想，還可以在自制教具過程中鍛煉解決問題能力，培養科學創新精神，養成求實嚴謹態度，從而更好的養成物理學科素養，全面實現高中物理教學目標。

總結

物理是一門以抽象思維為主的學科，又是一門以實驗為基本方法的學科。新課程標準的實施，不僅要求老師教學時要做大量的演示實驗，還要求給學生創造條件進行課內和課外實驗探究。但很多學校實驗器材和教具不能滿足教學需要，針對新課程改革的發展需要，教師應該在教育教學中大膽創新，方法之一，可以通過自制教具，引導學生制作學具，并應用于實踐，可以有效地促進了學生綜合能力的持續發展。

參考文獻：

中華人民共和國教育部.普通高中物理課程標準2017.人民出版社.