《力的分解》實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計與反思

王文濤

[摘要]力學(xué)部分是整個高中物理的重要內(nèi)容，《力的分解》在力學(xué)部分中占據(jù)非常重要的地位。設(shè)置演示實(shí)驗(yàn)來進(jìn)行力的分解的教學(xué)，層層推進(jìn)，可促進(jìn)學(xué)生有效突破學(xué)習(xí)難點(diǎn)，掌握相關(guān)知識，同時培養(yǎng)學(xué)生解決問題的能力。為此，加強(qiáng)力的分解實(shí)驗(yàn)教學(xué)設(shè)計非常關(guān)鍵。

[關(guān)鍵詞]力的分解實(shí)驗(yàn)教學(xué)

[中圖分類號]G633.7[文獻(xiàn)標(biāo)識碼]A[文章編號]1674-6058（2015）02-0081

一、實(shí)驗(yàn)教學(xué)分析

《力的分解》在力學(xué)部分中占據(jù)非常重要的地位，對高一學(xué)生而言是物理學(xué)習(xí)的一大難點(diǎn)。為了有效突破難點(diǎn)，使學(xué)生掌握好這一重要章節(jié)，筆者采用了探究式教學(xué)模式。筆者在教學(xué)引入階段設(shè)置一個趣味實(shí)驗(yàn)，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，并引入本節(jié)研究內(nèi)容；在教學(xué)展開過程中設(shè)置四個演示實(shí)驗(yàn)，層層推進(jìn)，對學(xué)生的要求逐漸提高，從而起到鍛煉學(xué)生觀察分析實(shí)驗(yàn)和解決問題的能力。最后還設(shè)計了課后探索實(shí)驗(yàn)，其設(shè)置的目的是讓學(xué)生的思維從單純的模仿轉(zhuǎn)向創(chuàng)新方向，讓物理學(xué)習(xí)從課堂延伸到課后。

在整個教學(xué)過程中，筆者層層創(chuàng)設(shè)情境來不斷引導(dǎo)學(xué)生學(xué)習(xí)，使教學(xué)模式從傳統(tǒng)的重結(jié)論轉(zhuǎn)變?yōu)橹剡^程、重事實(shí)；教學(xué)目標(biāo)從傳統(tǒng)的傳授知識轉(zhuǎn)變?yōu)榘l(fā)展學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)、分析以及解決問題的能力。筆者在課堂中只起到創(chuàng)設(shè)情境，主持、激勵和歸納總結(jié)的作用，使學(xué)生真正成為學(xué)習(xí)的主人。

二、實(shí)驗(yàn)器材選擇

實(shí)驗(yàn)的設(shè)計不求“高、精、尖”，力求用常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材完成實(shí)驗(yàn)設(shè)計的目標(biāo)，將實(shí)驗(yàn)的現(xiàn)象用直觀的方式展示出來?，F(xiàn)在實(shí)驗(yàn)教學(xué)片面追求數(shù)字化，但是數(shù)字化設(shè)備要求高，使用多有不便，對于很多缺乏相應(yīng)條件的學(xué)校也不具有實(shí)用性，因此利用平時常用的物品設(shè)計完成演示實(shí)驗(yàn)更具有實(shí)用性。利用簡單物品實(shí)現(xiàn)同樣的效果既可以展現(xiàn)物理實(shí)驗(yàn)的精巧之處，又可以讓學(xué)生體會物理學(xué)家發(fā)現(xiàn)力學(xué)規(guī)律的歷程。

三、實(shí)驗(yàn)教學(xué)過程

[實(shí)驗(yàn)1]巧斷繩實(shí)驗(yàn)

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：金屬桿一根（可以用鋁合金窗框或鐵棒代替），兩端連上兩個突起物即可。

實(shí)驗(yàn)說明：實(shí)驗(yàn)裝置如下圖，與直接拉繩相對比，利用力的分解可以輕易拉斷尼龍繩，增加學(xué)習(xí)的趣味性。

[教學(xué)片段]

師：（展示一根棉線）現(xiàn)在有一根棉線，哪位同學(xué)可以徒手將其拉斷？我們邀請一男同學(xué)上來試試看。

（男生嘗試后很難拉斷棉線。）

師：我們再請一位女同學(xué)來試試，我們將棉線綁在實(shí)驗(yàn)儀器上，讓她從中間拉拉看。

（女生嘗試后很容易就拉斷了棉線。）

師：男同學(xué)都不能拉斷，但是女同學(xué)卻能完成。這是為什么呢？

師：其實(shí)這個實(shí)驗(yàn)里面包含的原理就是我們今天這節(jié)課要研究的重點(diǎn)內(nèi)容。

[設(shè)計說明]通過引入實(shí)驗(yàn)的對比，激發(fā)學(xué)生探究實(shí)驗(yàn)裝置原理的興趣，從而將課程導(dǎo)入本節(jié)的研究內(nèi)容——“力的分解”的研究。

[實(shí)驗(yàn)2]拉力的作用效果（演示實(shí)驗(yàn)）

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：演示實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：臺秤一個、彈簧秤一個、小車一個、鐵架臺及定滑輪各一個、砝碼若干。

實(shí)驗(yàn)說明：實(shí)驗(yàn)裝置如下圖所示，利用砝碼改變拉力的大小。電子秤的示數(shù)變小，說明有向上的拉力作用；彈簧秤的拉力說明物體受到了水平方向拉力的作用。從而說明拉力的作用效果可以看做水平方向和豎直方向兩個方向的作用效果。

[教學(xué)片段]

師：平時我們出門旅游，經(jīng)常要拉動旅行箱，那么這樣拉力有什么樣的作用效果呢？

生：可能有向上和向前的作用效果。

（教師展示演示實(shí)驗(yàn)。）

師：請大家注意觀察拉力施加作用后，彈簧秤和電子秤示數(shù)的變化。

生：施加拉力后，電子秤示數(shù)變小，彈簧秤示數(shù)變大。

師：這些現(xiàn)象說明了什么？

生：拉力的作用效果可以分解為豎直向上拉的力作用效果和水平向前拉的力的作用效果。

師：所以可以將拉力分解為哪兩個方向？

生：水平方向和豎直方向。

師：請根據(jù)選擇的方向，再用平行四邊形定則畫出這兩個分力。

[設(shè)計說明]通過此問題的研究表明力的分解方向可以選取力的作用效果方向；并根據(jù)此對象的研究闡明力分解的一般方法：確定力的作用效果、確定力的分解方向、根據(jù)平行四邊形定則作出分力。

[實(shí)驗(yàn)3]研究重力作用效果

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：演示實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：木塊一個、橡皮筋（或彈簧秤），軟板一塊、直角支架。

實(shí)驗(yàn)說明：軟板架在直角支架上，軟板相當(dāng)于斜面，重物放上之后，軟板下陷說明重力的作用效果是壓緊斜面的作用力。橡皮筋伸長，說明重力有使物體下滑的作用效果。說明重力的作用效果是沿斜面向下和壓緊斜面的作用效果。

[教學(xué)片段]

師：請大家觀察，當(dāng)重物放置在斜面上的時候，斜面發(fā)生了什么變化？說明了什么？

生：斜面上的軟板被壓彎了，說明重力有使物體壓緊斜面的作用效果。

師：如果我放手，同學(xué)們注意觀察重物會怎樣運(yùn)動，說明了什么？

生：物體會沿斜面滑下，說明重力有使物體下滑的效果。

師：說明重力有哪些作用效果？重力該如何分解？

生：重力有壓緊斜面和沿斜面向下的作用效果，所以重力可以沿垂直于斜面和沿斜面方向分解。

[設(shè)計說明]通過此實(shí)驗(yàn)，在前述的步驟上增加：根據(jù)幾何關(guān)系計算合力與分力關(guān)系；并學(xué)會利用力的分解聯(lián)系實(shí)際生活解釋有關(guān)物理現(xiàn)象。

[實(shí)驗(yàn)4]重力對擋板的作用效果

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：演示實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：三角支架一個、可調(diào)斜面、海綿兩塊（或迷你臺秤兩個）、圓柱重物一個。

實(shí)驗(yàn)說明：觀察海綿的凹陷程度可得出重力的兩個作用效果；改變斜面傾角，還可以演示角度對于分力大小的影響。如果用迷你臺秤代替海綿，可以直接看出壓力大小。[教學(xué)片段]

師：請大家觀察演示，思考重力的作用效果是什么，可以沿何方向分解，并獨(dú)立完成學(xué)案。

（學(xué)生觀察，確定分解方向，畫出分解圖，并求出分力大小。）

[設(shè)計說明]通過此實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生熟悉整個力的分解過程，并學(xué)會利用三角函數(shù)研究力的變化問題；另外此例的選取也是不屬于互相垂直方向的分解，以防止學(xué)生思維定式。

[實(shí)驗(yàn)5]“三角架”力的作用效果

實(shí)驗(yàn)性質(zhì)：學(xué)生實(shí)驗(yàn)。

實(shí)驗(yàn)器材：簽字筆一支、橡皮筋3到4根、重物或砝碼一個。

實(shí)驗(yàn)說明：如下圖，橡皮筋結(jié)于鉛筆前段，用手指拉住橡皮筋，鉛筆下方掛重物。手指感受到拉力，橡皮筋伸長，說明重物有拉緊細(xì)線的作用效果。手掌感受到壓力，說明重力有壓緊手掌的作用效果。

[教學(xué)片段]

師：請大家嘗試下，如上圖的支架，體會下重物的作用效果，然后將重力在學(xué)案上分解。

（學(xué)生利用橡皮筋和筆作出支架，并在筆端掛上重物，體會作用效果，并畫出力的分解。）

師：用刻度尺量一下合力與分力的大小，比較合力和分力的大小關(guān)系。根據(jù)比較結(jié)果你有何結(jié)論？

生：分力可以大于合力。

[設(shè)計說明]通過此實(shí)驗(yàn)體會力的分解的作用效果，并且根據(jù)作圖之后的分力和合力大小的比較得出分力不一定小于合力的結(jié)論。

四、教學(xué)反思

實(shí)驗(yàn)為教學(xué)服務(wù)，只要實(shí)驗(yàn)設(shè)計得當(dāng)，現(xiàn)象明顯。并不是越先進(jìn)的實(shí)驗(yàn)儀器實(shí)驗(yàn)效果越好，在平時應(yīng)該盡量選擇簡單的實(shí)驗(yàn)儀器來實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)?zāi)康?。既可以充分利用現(xiàn)有的實(shí)驗(yàn)器材，又可以減少復(fù)雜實(shí)驗(yàn)設(shè)備帶來的學(xué)生理解上的額外困難。另外，實(shí)驗(yàn)的設(shè)計也需要有層次、有梯度，讓學(xué)生通過一個個實(shí)驗(yàn)逐步提升，逐步理解力的分解。

（責(zé)任編輯黃春香）