学生实验教学设计(第二课时)

《实验探究共点力的平衡》教学设计

课题名称

实验探究共点力的动态平衡问题

共点力平衡中的动态平衡问题一直是教学中的难点，是考查学生分析、推理能力的重要题型，一直是高考考查的热点内容。因此掌握分析这种问教学设计意图

题的一般方法，在高一新课学习乃至高三物理复习中都有着举足轻重的地位。 本节课通过学生实验探究能使学生直观明了的解决该类问题。

内容来源

高中物理必修1第三章(人教版) 1.学生的好奇心和求知欲比较强烈，学习兴趣浓厚。

2.学生明确了共点力平衡的条件，基本上能够运用平行四边形定则来解决教学对象

平衡问题，具有一定的逻辑思维和理论推导能力

3.学生科学探究过程的经历并不丰富，设计实验、并顺利完成实验探究的过程是一个挑战

1.知识与技能：会用共点力动态平衡规律解决实际问题

教学三维目标

2.过程与方法：在探究活动中提高学生提出问题，解决问题的能力

3.情感态度与价值观：培养学生认真严谨的科学态度及探究创造的心理品质

约1米高的铁架台、弹簧测力计、滑轮、钩码、重锤线、自制量角器、静力传感器、细绳若干、自制支架及标线

实验器材

1.完成共点力的动态平衡探究过程

教学重点

2.对实验现象和数据进行分析，归纳得出共点力的动态平衡问题的规律

3.理论推导证明实验结论

教学难点

1.对实验现象和数据进行分析，归纳得出共点力的动态平衡规律。

2.应用该规律来解决实际问题

教学方法

实验探究

、小组合作

1

教学过程设计

复习回顾：1.三个共点力平衡的特点？

（1）三个力的合力为零。

（2）三个力中任意两个力的合力与第三个力等大反向

（3）三个力平衡时，这三个力首尾连接构成封闭的矢量三角形。

2.什么是共点力的动态平衡？

（1）通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，从宏观上看，物体的运动是变化的，但从微观上理解是平衡的，即任一时刻物体均处于平衡状态

（2）解题方法

图解法、平衡方程式法、相似三角形法

（3）本节课提出一种新方法----实验法

设计意图：引导学生提出问题，带着问题进入实验探究

1.两侧弹簧测力计拉力大小是否相等？两侧绳子与竖直方向的夹角是否相等？

2.合力一定时，两个分力的夹角越 大，两个分力的大小如何变化？反之，两个分力的夹角越小，两个分力的大小如何变化？

弹簧秤N

夹角

90 60 120 弹簧秤M

一.创设情境 情境1 次数

1 2 3 结论：当钩码质量一定的情况下。M、N拉力夹角减小，则两拉力都减小

M、

N拉力夹角增大，则两拉力都增大。

创设情境2：思考：在光滑斜面上当绳子从

水平方向缓慢向上偏移时，球对斜面的压力和

细绳上的拉力将如何变化？

实验探究一

（1）实验装置设计：

因为找不到光滑的斜面，由于本问题支持力方向不变，在设计本实验，想到用绳子拉力替代斜面的支持力，并让这个力方向不变，用拴在铁架台上的蓝色绳子表示支持力的方向，就解决了光滑斜面的问题，如右图。

2

（2）数据表设计

次数

弹簧秤1/N （支持力大小）

二力

夹角/度

弹簧秤2/N （拉力大小）

1

2

3

4

5

（3）数据表记录

次数

弹簧秤1/N （支持力大小）

1

2

3

4

5 4.50 2.50 2.20 2.00 1.80 二力

夹角/度

150 120 90 80 60 弹簧秤2/N （拉力大小）

3.50 2.50 2.00 2.10 2.30 实验结论：随着夹角变小，支持力减小，拉力先减小后增大，其中在支持力和拉力的夹角为90度时，拉力最小。

（4）右图采用静力传感器探究，结论是：球对斜面的压力，N逐渐减小，绳子的拉力T 先减小后增大

通过静力传感器可以实现俩侧绳子力的大小的实时测量和对比，实验现象直观数据准确

（5）作图分析，由分析可知，

球对斜面的压力，N逐渐减小，

绳子的拉力T先减小后增大，

实验与理论吻合。

3

创设情境3：

如右图:小球在光滑半球面上缓慢移动，

各力如何变化？

实验探究二

（1）实验装置设计：因为找不到光滑的圆面，在设计本实验时，想到圆是由线段绕着一个端点做圆周，本实验就将绳子的一端固定，让另一端旋转，在旋转的一段挂上200克钩码，类似上面的实验设计，用拉力替代圆面的支持力，注意在数据测量的时候，要使拉力与圆的半径共线，且要在操作时注意充当半径的绳子时刚好拉直，但没拉力。本实验还利用定滑轮，使拉动绳子时，操作方便。

（2）数据表设计

次数

弹簧秤1/N （支持力大小）

1

2

3

4

二力

夹角/度

弹簧秤2/N （拉力大小）

（3）数据记录

次数

弹簧秤1/N （支持力大小）

二力

夹角/度

90 4 弹簧秤2/N （拉力大小）

1.50 1

1.41

2

3

4

1.42 1.40 1.43 70 60 30 1.30 1.10 0.90 实验结论，支持力基本不变，拉力减小

（4）采用静力传感器探究，右图

得出：N基本不变，F减小

（5）理论推导，作图，由三角形定则和相似三角形原理得：

GNFhRL结论：h不变，比值不变，R不变，N不变，

L减小，F减小，实验与理论吻合。

思考：支持力不变，本实验验设计能否简化？

支持力用固定质量的重物代替，通过定滑轮拉住重物，也即，先前的设计是两个学生用两个弹簧测力计拉，现在是一个学生用一个弹簧测力计拉。

三．学习测评

1.（2018•湖北模拟）如图所示9，带有光滑竖直杆的三角形斜劈固定在水平地面上，放置于斜劈上的光滑小球与套在竖直杆上的小滑块用轻绳连接，开始时轻绳与斜劈平行。现给小滑块施加一个竖直向上的拉力，使小滑块沿杆缓慢上升，整个过程中小球始终未脱离斜劈，则有（

D

）

A．小球对斜劈的压力保持不变

B．轻绳对小球的拉力先减小后增大

C．小球对斜劈的压力先减小后增大

D．轻绳对小球的拉力逐渐增大

2.如图所示，小球用细线拴住放在光滑斜面上，用力推斜面向左运动，小球缓慢升高的过程中，细线的拉力将（ B ）

A．先增大后减小

B．先减小后增大

C．一直增大

D．一直减小

5

3（2018咸阳模拟）把一光滑圆环固定在竖直平面内，在光滑圆环的最高点有一个光滑的小孔，如图所示。质量为m的小球套在圆环上，一根细线的下端系着小球，上端穿过小孔用手拉住。现拉动细线，使小球沿圆环缓慢下移。在小球移动过程中手对细线的拉力F和圆环对小球的弹力FN的大小变化情况是（

D ）

A．F不变，FN增大

B．F不变，FN减小

C．F减小，FN不变

D．F增大，FN不变

四．实验效果评价

1.操作能力的提升：学生自己动手组装实验仪器找圆心安装量角器，提升了学生的实验探究能力

采用了静力传感器可以实现力的大小的实时测量，数据直观准确度高。教师演示实验教学效果非常好。

2.分析能力的提升：通过指导学生完成分组实验，培养学生实验探究和分析数据提炼信息和对信息进行分析、整合的能力；通过观察实验，进一步进行理论推导和证明，提升了学生的分析问题总结规律的能力。

3.思维方式的提升：本实验做到了将复杂的物理问题直观化、简单化，提高了学习、探究效率。

五．板书设计

一：共点力的动态平衡 1. 平衡条件：合力为零

2.三个力平衡的特点：（1）三个力的合力为零。（2）三个力中任意两个力的合力与第三个力等大反向（3）三个力平衡时，这三个力首尾连接构成封闭的矢量三角形。

3.什么是共点力的动态平衡？

（1）通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，从宏观上看，物体的运动是变化的，但从微观上理解是平衡的，即任一时刻物体均处于平衡状态

（2）解题方法

图解法、平衡方程式法、相似三角形法--------（理论法）

二：本节课提出一种新方法----实验法

五．教学反思

物理是一门与自然、生活、技术进步和社会发展有着最为广泛联系的科学。让学生封闭在既不联系自然，也不联系生产、生活远离科学探究乐趣，甚至根本不可能存在的“思辨游戏”式难题和怪题的牢笼之中，他们是不可能热爱物理课程的。本实验就是让学生从生活中来，定性观察实验，再动手亲自定量的探究实验，从而得出实验规律，运用规律再去轻松解决实际问题。我在学生感到困难的地方多搭几个矮一点的台阶，可以说“没有不能攀登的高山，只有上去的台阶”。

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