二力平衡實驗的改進(jìn)

嵇振國

[摘要]人教版八年級物理下冊課本中，關(guān)于“二力平衡條件”的探究實驗一直采用傳統(tǒng)實驗進(jìn)行教學(xué).此探究實驗的直觀性較差，不利于學(xué)生觀察實驗現(xiàn)象，實驗過程中的操作不夠嚴(yán)謹(jǐn)，不利于學(xué)生通過實驗直接完整地得出“二力平衡條件”，有必要做些改進(jìn)。

[關(guān)鍵詞]二力平衡條件 探究實驗 實驗改進(jìn)

[中圖分類號] G633.7

[文獻(xiàn)標(biāo)識碼] A [文章編號] 1674-6058（2016）02-0072

在新課程標(biāo)準(zhǔn)中提出：“物理要重視對學(xué)生科學(xué)探究能力、創(chuàng)新意識的培養(yǎng)，讓學(xué)生經(jīng)歷科學(xué)探究過程、學(xué)習(xí)科學(xué)研究方法、發(fā)展初步的科學(xué)探究能力”?？梢?，新課程標(biāo)準(zhǔn)把科學(xué)探究作為改革傳統(tǒng)教學(xué)的一個重點.要貫徹這一教學(xué)觀念，就要在教學(xué)中創(chuàng)建一個合理的科學(xué)探究平臺，以培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力。

現(xiàn)行教材中的“二力平衡”的實驗是力學(xué)中的一個重要內(nèi)容，是進(jìn)一步學(xué)習(xí)初中力學(xué)的基礎(chǔ)。但在傳統(tǒng)的“二力平衡”實驗中存在一些不足，在此，結(jié)合白己的教學(xué)體會，對此實驗進(jìn)行改進(jìn)。

一、傳統(tǒng)實驗裝置及其不足

現(xiàn)行的人教版八年級物理課本的《二力平衡》的實驗裝置如圖1所示。用此實驗裝置探究《二力平衡》條件存在一些弊端。

1.摩擦力對探究實驗的影響較大

在傳統(tǒng)實驗中，研究《-力平衡》條件中力的大小關(guān)系時，受到小車與桌面的摩擦力影響，當(dāng)兩盤砝碼質(zhì)量相差不大時，小車也能保持靜止。而在探究二力在同一直線上時，由于摩擦力的作用，盤中的砝碼質(zhì)量較小時，小車被扭轉(zhuǎn)后仍保持靜止，此時必須掛較重的砝碼才能使小車發(fā)生轉(zhuǎn)動。

2.實驗中受到多力的影響

小車靜止在水平桌面上，水平方向上除了受摩擦力影響外，小車在豎直方向上還受到重力和支持力的作用，并非只在水平方向上受到二力，使實驗的說服力降低。

3.實驗在探究方式上有一定的限制

在圖l的實驗中，學(xué)生一般只能探究水平方向上的二力平衡，這樣做很容易使部分學(xué)生認(rèn)為只有在水平方向上的兩個力才能平衡，使學(xué)生不能在其他方向上探究二力平衡的條件；同時學(xué)生難以探究物體處于勻速直線運動狀態(tài)下的二力平衡條件。

4.實驗內(nèi)容受到一定的限制

學(xué)生不能通過此實驗探究二力方向相反、二力作用在同一物體上兩個力平衡的條件，實驗的探究過程不夠嚴(yán)謹(jǐn)，有一定的限制。

二、實驗的改進(jìn)和優(yōu)點

改進(jìn)的實驗器材：鐵架臺、塑料板、塑料片、細(xì)繩、彈簧測力計、剪刀、滑輪若干、鉤碼若干。

實驗裝置如圖2所示，在改進(jìn)后的實驗中，把定滑輪固定在塑料板上，用塑料片代替小車，細(xì)繩系住塑料片的兩端，細(xì)繩兩端掛上砝碼，探究兩個拉力要滿足什么條件才能使塑料片靜止而處于平衡狀態(tài)。

改進(jìn)后的實驗，主要表現(xiàn)出以下的優(yōu)點。

1.摩擦力對探究實驗的影響大大減小

實驗中代替小車的塑料片的重力小，與塑料片兩端受到的拉力比較，塑料片的重力和實驗中由滑輪和細(xì)繩產(chǎn)生的摩擦力可以忽略不計。同時也解決了在課本實驗中小車在水平面上受到多個力對實驗的影響。

2.實驗準(zhǔn)確度較高

（1）在細(xì)繩兩端掛上質(zhì)量相等的砝碼，使塑料片靜止，然后改變砝碼的質(zhì)量使細(xì)繩兩端砝碼的質(zhì)量不相等。從而得出《二力平衡》條件之一：力的大小相等，如圖2。

（2）把塑料片扭轉(zhuǎn)一定的角度，如圖3，放手后學(xué)生可以觀察到塑料片不能保持靜止而是發(fā)生運動，從而得出《二力平衡》的另一個條件：兩個力必須在同一直線上。此步驟也可用如圖4所示的方法進(jìn)行實驗。

（3）用手把塑料片壓在塑料板上，把細(xì)繩兩端的拉力同時通過一個滑輪向同一方向拉，放手后塑料片發(fā)生運動，如圖5。用反證的方法說明二力平衡時必須要求力的方向相反。

上面的三個探究步驟中，即使砝碼的質(zhì)量很小時，實驗效果也很明顯，克服了傳統(tǒng)實驗的缺點。

3.體現(xiàn)了實驗的嚴(yán)謹(jǐn)性

“作用在同一物體上”是二力平衡條件之一。這一結(jié)論是學(xué)生較容易忽略的結(jié)論，也是傳統(tǒng)實驗中學(xué)生較難驗證的步驟，在傳統(tǒng)實驗中是無法論證的。而本實驗中讓塑料片處于平衡時，讓學(xué)生用剪刀把塑料片從中間剪開一分為二，塑料片馬上就向兩邊運動了，如圖6，可以巧妙得出結(jié)論，同時給學(xué)生留下深刻的印象。

4.實驗的局限性小

在改進(jìn)的實驗中，除了可以在水平方向上進(jìn)行實驗探究外，改變滑輪的位置還可以在傾斜方向上、豎直方向上進(jìn)行探究，如圖7。同時培養(yǎng)學(xué)生的觀察能力和創(chuàng)新能力，達(dá)到新課程標(biāo)準(zhǔn)的要求。

5.探究勻速直線運動狀態(tài)下二力平衡條件

在實驗中用彈簧測力計代替其中一端的鉤碼，拉著塑料片在水平方向做勻速直線運動，可直接讀出力的大小等于另一端鉤碼對塑料片產(chǎn)生的拉力，驗證二力平衡的條件，如圖8。

當(dāng)然，在實驗中，也可以在塑料片兩端都用彈簧測力計拉著使塑料片保持靜止，直接讀彈簧測力計示數(shù)，更直接地驗證《二力平衡》條件。

6.讓每個學(xué)生都有探究體驗

從這一節(jié)課的實際教學(xué)中，可以證明實驗的改進(jìn)是很成功的。改進(jìn)后的《二力平衡》實驗變得更易操作、更直觀、實驗方法更多種，讓學(xué)生在探究過程中，更容易理解、掌握《二力平衡》條件，讓學(xué)生在實驗中體驗到了科學(xué)探究的樂趣，培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)物理的興趣。我利用這個改進(jìn)過的《二力平衡》實驗在《廣西初中課程資源庫建設(shè)》項日2014年賀州市優(yōu)質(zhì)課比賽中得到了教師和評委的肯定，榮獲一等獎。