“力的平衡”探究实验课的设计

高炳添

一、教学设计思路

探究实验课是新课程提倡的一种教学方式，教师如何引导，对整堂课如何设计，才能让学生真正体验到探究过程，才能让学生把探究过程和学习物理知识结合起来，如何尊重学生，信任学生，才能真正让学生成为教学活动的主体。在这节课中，首先引入一个场景，把学生的地位建立起来，同时引出探究的问题，这就使教学的重点由学习物理知识变为探索知识的过程。用提问的形式，引导学生设计实验，用他们所发现的问题，及同学之间的互相交流，解决实验中的注意事项及同学交流归纳总结得出实验结论。在这样的探究中。学生体验这个过程，重要的是培养了一定的分析问题，观察问题，解决问题的能力。

二、教学目标

1知识与技能

(1)知道平衡状态和平衡力的概念

(2)了解共点力作用下物体平衡的概念

(3)知道共点力的平衡条件

2过程与方法

(1)通过课堂小实验，培养学生实验观察能力。

(2)通过设计实验探究物体的平衡条件，培养学生的科学探究能力和实验能力。

(3)通过课堂练习，训练学生进行知识迁移及应用

3情感与态度

通过亲自体验的小实验，利用互相交流共同设计实验方案，培养学生与他人合作的精神；通过先从实验探究，再从理论上总结共点力作用下物体的平衡条件，然后再应用，培养学生科学探究精神和理论联系实验、实际的科学态度。

教学重点：用实验探究三个力的平衡条件的过程。

教学难点：在解决实际力的平衡问题中，应用平行四边形定则及数学知识求解。

教具准备：1、多媒体2、实验器材：①木板一块②定滑轮三个③不同长度的细绳三段④钩码15个⑤白纸⑥铅笔⑦尺⑧量角器⑨图钉若干

三、教学过程

(一)导入新课

用老师分别与一个同学和两个同学拔河比赛的视频导入新课，结果都是平手(老师控制)

教师：观察视频时边思考两个问题，绳子的结点处于什么运动状态?分别受到几个力?

生：静止状态，第一次受两个力，第二次受三个力。

师：我可以和一个同学拔河，也可以和i个，甚至全班同学。想了解一下为什么?共点力必须满足什么条件呢?(提出本节课的探究问题)

(二)新课教学

多媒体展示：远古巨石，蘑菇石。

师：物体处于什么运动状态?

生：静止状态

多媒体展示：匀速飞行的飞机，匀速行驶的磁悬浮列车，沿斜面匀速下滑的物体。

师：物体又处于什么运动状态?

生：匀速运动状态

师：物体保持静止或匀速直线运动的状态，称为平衡状态

1平衡状态：

引申：平衡状态——速度保持不变——加速度a=0

讨论与交流：

飞机从起飞，到以一定的速度平稳飞行，再到降落，最后停在机场。全过程中哪些阶段飞机是处于平衡状态?

2共点力作用下物体的平衡条件

(1)引入

多媒体展示两个同学和三个同学拉绳子，及人拉着箱子匀速前进的情景。

师：物体处于平衡状态，可以受到两个力，也可以受到三个力，甚至是四个力作用。那么物体处在平衡状态时，所受的力要满足什么条件呢?

师：我们先研究两个力的情况。(可以让学生用实验验证一下，老师演示并强调注意事项。)

学生很容易得出：

二力平衡的条件：

①作用在同一物体上，同一直线上，大小相等，方向相反。

②两个共点力作用下物体的平衡条件是合力为零，即F_合=0。

(2)设置探究问题

师：那物体在三个点力的作用下处于平衡状态又要满足什么条件呢?请大家用实验探究一下。

(3)引出实验设计

师：请同学们在设计前先回答以下几个问题：实验探究的对象是什么?如何得到力的大小?如何得到力的方向?如何准确的把力的大小和方向表示出来?

学生分组讨论，回答了老师的问题。学生由刚才的问题，并设计出了一种比较常用的实验方案，如图1：

实验设计方案一：

把木板放在水平面上，采用三个弹簧秤代替三个同学的拉力拉同一个结点，使得结点处于静止(如图1所示)并作好力的图示，才能表现出三个力之间的关系。

分组动手做实验，(老师：请你们把实验过程中发现的问题记录下来，比一比谁发现的问题多?)

各小组做好实验，并得出实验数据，同时各小组积极回答他们发现的问题：

①结点位置难确定

②绳子平行于白纸不好控制

③弹簧称读数不稳定

④三个力的图示如何得到它们的关系?

师：大家都回答得非常好，现在各小组先讨论一下前面的三个问题，你如何解决的，当然也可以设计出新的实验方案啊!

学生积极的思考讨论，有的小组在原来的实验上进行改进，有的小组根据桌上的实验器材进行新的设计。有一小组得出新的设计方案：

实验设计方案二：

把木板竖直起来，采用三串钩码的重力代替三个同学的拉力，加上两个定滑轮拉住一个结点，使得结点处于静止(如图2所示)并作好力的图示，才能表现出三个力之间的关系。

师：请大家再动手做一下这个实验，(同时要注意的问题，老师分析强调指出)。

学生比较快的做好这个实验，并得出实验数据，仍不能直接得出它们的之间的关系?

师：现在来分析一下，有些小组所提出的三个力的图示如何得到它们的关系?(可以结合前面所学的知识)

生：我们可用力的合成法，先把其中两个力变成一个力，再把这个力与第三个力比较。

师：这小组回答得非常精彩，现在请大家处理一下你的实验数据，并得出你们所观察到的问题。

同学利用平行四边形定则得出图，并得出实验结论：

①任意两个力的合力与第三个力大相等而方向相反。

②三个共点力平衡条件：F_合=0

拓展

师：大家能否根据刚才所探究的结果讨论一下，四个力或更多力作用下的物体平衡条件是什么?

通过讨论与交流，学生认识到：N个共点力平衡时，合力为零，其中任意第M个力与其余(N-1)个力的合力一定大小相等、方向相反。

师：虽然我们做的是三个共点力作用下物体平衡条件的实验，得出平衡条件：F_合=0，但将这个结论推广到多个共点力作用下物体平衡的情况，也可以用实验来证明。

3，物体平衡条件的应用

例：用绳子将鸟笼静止地挂在一根栋梁上，OA与横梁的夹角60°，OA与OB垂直，如图3所示。若鸟笼重为19.6N。求(1)绳子OC对鸟笼的拉力；(2)绳子OA和OB对结点0的拉力。

分析例题，让学生先分析，老师再强调如何选择探究对象。侧重受力分析，分析状态列方程。当然还可以用：①用分解法求解。②用正交分解法求解。这问题我们下一节课再研究。

共点力平衡条件应用解题的基本步骤：(由学生总结得出)

四、作业

1课本93页第5、6、8题

2探究作业：用本节课的知识，课外做一下拔河比赛，如何以少胜多且以弱胜强呢?

五、教学反思

1、通过实际(生产生活中)的例子来说明怎样的状态是平衡状态，使学生全面理解平衡状态——静止或匀速直线运动。

2、通过理论推理和实验探究共点力作用下物体的平衡条件，以及在实例中的应用，是本节课教学的重点。如何依据平衡条件画受力示意图与列式，对于学生来说是学习中的难点。

3、通过本节例题的教学重在引导学生学习受力分析方法；建议教学中引导学生做出解题基本思路小结。