互成角度的力的合成實(shí)驗(yàn)改進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)

賈敏

摘? 要：基于現(xiàn)在中學(xué)，實(shí)驗(yàn)儀器過于老舊，操作復(fù)雜，現(xiàn)介紹一種操作簡(jiǎn)單方便的互成角度的力的合成實(shí)驗(yàn)改進(jìn)創(chuàng)新設(shè)計(jì)方案，實(shí)現(xiàn)高效且有意義的物理課堂，提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：力的合成;電子秤;同心圓紙

《普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)（2017年版）》指出高中物理是一門實(shí)驗(yàn)科學(xué)，所以在課程實(shí)施過程中需要盡可能為學(xué)生創(chuàng)造良好實(shí)驗(yàn)環(huán)境，實(shí)驗(yàn)教學(xué)是培養(yǎng)學(xué)生物理學(xué)科素養(yǎng)的非常重要渠道，所以不僅是利用學(xué)校實(shí)驗(yàn)室僅有的器材做實(shí)驗(yàn)，還要利用日常中可取的用品進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)或?qū)嶒?yàn)創(chuàng)新，使實(shí)驗(yàn)結(jié)果果更加可視化，下面介紹一種操作簡(jiǎn)單方便的力的合成實(shí)驗(yàn)方案。

一、實(shí)驗(yàn)來源

本實(shí)驗(yàn)選自高中物理粵教版必修一《第四節(jié) 探究互成角度的力的合成》，是新課標(biāo)的必做實(shí)驗(yàn)。

二、設(shè)計(jì)目標(biāo)

本實(shí)驗(yàn)的“課程目標(biāo)”來自新課標(biāo)《必修1》，內(nèi)容有：1.2.2 通過學(xué)生合作探究實(shí)驗(yàn)，知道并領(lǐng)會(huì)力的合成與分解的概念，理解矢量和標(biāo)量的區(qū)別。能用共點(diǎn)力的平衡條件知識(shí)解決實(shí)際問題。

根據(jù)“課程目標(biāo)”的要求，設(shè)計(jì)一種利用日常用品改進(jìn)實(shí)驗(yàn)，使其操作簡(jiǎn)單容易，同時(shí)也達(dá)到一個(gè)可視化的目的。

三、實(shí)驗(yàn)方案設(shè)計(jì)

1.實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

探究不同直線上合力和分力的關(guān)系

2.實(shí)驗(yàn)原理

不同直線上的兩個(gè)力的效果和另一個(gè)力產(chǎn)生相同的效果，在實(shí)驗(yàn)誤差允許范圍內(nèi)，用平行四邊形定則求出的理論合力值與實(shí)際情況中另一個(gè)力是否相等

3.實(shí)驗(yàn)器材

生活用品粘鉤、畫有同心圓的白紙、帶有細(xì)繩套的橡皮筋，電子秤、鉛筆，刻度尺，粘鉤日常用品可取，環(huán)保，可循環(huán)使用，帶有同心圓的紙，自己親手制作，電子秤可以達(dá)到可視化的效果。

4.實(shí)驗(yàn)步驟

（1）共5個(gè)步驟

步驟①固定粘鉤，并固定橡皮筋;步驟②測(cè)分力;步驟③測(cè)合力;步驟④用刻度尺畫平行四邊形，重復(fù)多組實(shí)驗(yàn);步驟⑤數(shù)據(jù)記錄和處理。本實(shí)驗(yàn)操作過程中重點(diǎn)是會(huì)用刻度尺畫平行四邊形，難點(diǎn)是記錄分力大小及方向。

（2）實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng)

1.在同一次實(shí)驗(yàn)中，用刻度尺作力的圖示時(shí)，標(biāo)度相同，并且選取標(biāo)度一定要合適，不能使所畫的平行四邊形過大，或者過小，否則會(huì)引起實(shí)驗(yàn)誤差。

2.實(shí)驗(yàn)操作時(shí)，要保證細(xì)線，電子秤和桌面在同一平面上，即保持平行。

四、實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新要點(diǎn)

下面闡述本實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新之處。傳承常規(guī)步驟，實(shí)驗(yàn)儀器上面做了一些改進(jìn)，使操作簡(jiǎn)單可行。

步驟1.先固定好粘鉤，然后再把帶有細(xì)繩的橡皮筋套在粘鉤上，再把同心圓紙固定在桌面上，這一操作過程可在教室進(jìn)行，實(shí)現(xiàn)了實(shí)驗(yàn)操作的場(chǎng)地跨度。

步驟2.用兩個(gè)電子秤鉤住細(xì)繩套互成角度的拉帶有細(xì)繩套的橡皮筋，使橡皮筋到達(dá)同心圓的圓心，同時(shí)記錄兩電子秤的讀數(shù)，并用鉛筆描下兩細(xì)繩的方向，這里把橡皮筋拉到圓心位置，省去了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)操作記固定點(diǎn)的這一步，也是可以達(dá)到力的等效替代這個(gè)效果，只需找到圓心然后再記兩分力大小方向。同時(shí)這里的同心圓是間隔相等的，所以也是方便記力的大小的，給我們實(shí)驗(yàn)提供了很大的便利之處。

步驟3.用鉛筆和刻度尺從圓心沿著兩細(xì)繩的方向畫直線，按選定的標(biāo)度做出兩個(gè)力的圖示，并以畫出的兩個(gè)力為鄰邊作出平行四邊形，且過同心圓圓心畫兩個(gè)力所夾的那條對(duì)角線。

步驟4.用一只電子秤通過細(xì)繩把橡皮筋的結(jié)點(diǎn)拉到圓心，記下電子秤的讀數(shù)，以上步驟中用到電子秤方便記下力的大小，電子秤相對(duì)傳統(tǒng)彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)穩(wěn)定。

步驟5.數(shù)據(jù)記錄和處理

五、誤差分析

因?yàn)楸緦?shí)驗(yàn)主要來源于彈簧測(cè)力計(jì)讀數(shù)時(shí)，指針晃動(dòng)。造成讀數(shù)不準(zhǔn)確，所以更換電子秤，示數(shù)穩(wěn)定，讀數(shù)更加準(zhǔn)確。

六、數(shù)據(jù)記錄表

七、實(shí)驗(yàn)效果評(píng)價(jià)

1.實(shí)驗(yàn)結(jié)果與誤差分析

本實(shí)驗(yàn)采用電腦版WPS編寫函數(shù)自動(dòng)計(jì)算處理，如圖所示，其誤差在5%以內(nèi)，所以在誤差允許的范圍內(nèi)，力的合成遵循平行四邊形定則。

八、總結(jié)反思

1.本實(shí)驗(yàn)敢于打破傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)，取材于生活，使其操作方便，成本低，環(huán)保，循環(huán)使用，效果明顯，并且擴(kuò)大了做實(shí)驗(yàn)的環(huán)境，不只是局限于實(shí)驗(yàn)室。

2.本課書內(nèi)容屬于實(shí)驗(yàn)探究，那么提出一個(gè)問題遠(yuǎn)遠(yuǎn)比解決一個(gè)問題更加重要，提出問題之后就要猜想與假設(shè)，并進(jìn)一步制定探究方案，通過實(shí)驗(yàn)研究，獲得數(shù)據(jù)，分析數(shù)據(jù)，最后通過討論得出結(jié)論。所以在科學(xué)探究過程中學(xué)生自然而然體會(huì)到科學(xué)探究的嚴(yán)謹(jǐn)性。

3.本實(shí)驗(yàn)教師簡(jiǎn)單演示后學(xué)生就可進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，并且兩人配合做實(shí)驗(yàn)操作簡(jiǎn)單易懂，其實(shí)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)不需要太復(fù)雜，可以鼓勵(lì)充分發(fā)揮自己的想象力，只有想不到，沒有做不到，讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)探究中不斷發(fā)現(xiàn)問題，解決問題，大膽猜想，不斷嘗試，會(huì)有意想不到的收獲，也可以借此教育學(xué)生科學(xué)探究并沒有那么簡(jiǎn)單容易，需要不斷去試錯(cuò)，驗(yàn)證，最終得到結(jié)果。

4.所以我們?cè)谏蠈?shí)驗(yàn)課有意引導(dǎo)，多和學(xué)生一起討論、探究，學(xué)生也會(huì)對(duì)物理感興趣，同時(shí)增強(qiáng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)創(chuàng)新、解決問題等關(guān)鍵能力，切實(shí)地提升學(xué)生的核心素養(yǎng)。

（作者單位：清遠(yuǎn)市第一中學(xué)，廣東? ?清遠(yuǎn)? ? 511500）