楊佩霞 袁建平

摘 ? 要：采用可移動(dòng)透明雙量程量角器及等高凹槽演示板，針對(duì)探究共點(diǎn)力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高教學(xué)的有效性。

關(guān)鍵詞：共點(diǎn)力合成;實(shí)驗(yàn)改進(jìn);等高凹槽演示板

中圖分類(lèi)號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：A ? ?文章編號(hào)：1003-6148（2020）5-0065-3

探究共點(diǎn)力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)是高中物理課程的一個(gè)重要內(nèi)容。課標(biāo)要求通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究，理解力的合成與分解，知道共點(diǎn)力的平衡條件，區(qū)分矢量與標(biāo)量，用力的合成與分解分析日常生活中的問(wèn)題。而傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)器材卻在實(shí)驗(yàn)精度和有效性上存在一定的問(wèn)題，故針對(duì)該實(shí)驗(yàn)的常規(guī)實(shí)驗(yàn)器材存在的缺點(diǎn)進(jìn)行改進(jìn)，從而減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高教學(xué)的有效性。

1 ? ?常用探究共點(diǎn)力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)存在的問(wèn)題

對(duì)于教科版高中物理必修一中關(guān)于探究共點(diǎn)力合成規(guī)律的實(shí)驗(yàn)，教師通過(guò)課堂教學(xué)的實(shí)踐，認(rèn)為教材上的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)存在幾個(gè)明顯的缺點(diǎn)：

1.學(xué)生第一次用一個(gè)力將橡皮筋拉到等效點(diǎn)和第二次用兩個(gè)分力將橡皮筋拉到等效點(diǎn)時(shí)，不能保證兩次實(shí)驗(yàn)操作中的力處于同一平面，從而造成實(shí)驗(yàn)誤差。

2.學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)如果使用圖釘對(duì)作圖紙進(jìn)行固定，操作起來(lái)非常不方便，也不能快速固定好作圖紙，而且在實(shí)驗(yàn)過(guò)程中有可能移動(dòng)作圖紙，從而引起實(shí)驗(yàn)誤差。

3.傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)裝置不能驗(yàn)證某些特殊角的力的合成。

以上實(shí)驗(yàn)缺點(diǎn)會(huì)導(dǎo)致學(xué)生實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程中的體驗(yàn)感差，實(shí)驗(yàn)操作精度不高等問(wèn)題，而且實(shí)驗(yàn)結(jié)論不夠準(zhǔn)確，嚴(yán)重挫傷學(xué)生學(xué)習(xí)的積極性。

2 ? ?實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)

2.1 ? ?探究共點(diǎn)力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)思路

探究共點(diǎn)力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)是在長(zhǎng)期一線教學(xué)過(guò)程中對(duì)教材上的實(shí)驗(yàn)儀器和實(shí)驗(yàn)過(guò)程進(jìn)行仔細(xì)研究、認(rèn)真對(duì)比的基礎(chǔ)上提出來(lái)的，主要是找出教材上的實(shí)驗(yàn)儀器在實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)處理等方面的問(wèn)題，并針對(duì)這些問(wèn)題進(jìn)行創(chuàng)新改進(jìn)。在探究共點(diǎn)力合成規(guī)律實(shí)驗(yàn)的創(chuàng)新改進(jìn)過(guò)程中，主要是優(yōu)化了器材的構(gòu)造，并在此基礎(chǔ)上改進(jìn)器材操作流程和步驟，從而實(shí)現(xiàn)科學(xué)地采集數(shù)據(jù)，簡(jiǎn)化了學(xué)生的實(shí)驗(yàn)操作流程，最終減小實(shí)驗(yàn)誤差，提高了物理實(shí)驗(yàn)教學(xué)的質(zhì)量。

本研究創(chuàng)新地采用可移動(dòng)透明雙量程量角器、等高凹槽演示板、強(qiáng)磁體、鐵板等器材，克服了上述實(shí)驗(yàn)的不足。

2.2 ? ?改進(jìn)后各器材的構(gòu)造及作用

1.等高凹槽演示板

（1）制作中間凹陷的演示板（如圖1所示）的目的是為了保證安放白紙、量角器后還能保證在同一平面上互成角度地拉細(xì)繩套，彌補(bǔ)了傳統(tǒng)學(xué)生實(shí)驗(yàn)板不能夠保證兩次實(shí)驗(yàn)操作的力在同一平面上的不足。

（2）凹槽背面鋪蓋薄鐵皮的目的是為了借助磁鐵和鐵皮的磁力固定量角器和作圖紙的位置，同時(shí)還可以非常容易地移動(dòng)到任意合適的位置，這樣就克服了傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)過(guò)程中作圖紙不易固定、容易移動(dòng)的問(wèn)題。

2.雙量程量角器

（1）量角器中心小孔方便用于確立等效點(diǎn)的位置（如圖2所示）。

（2）小圓圈的作用是讀出實(shí)驗(yàn)中任意兩個(gè)分力的夾角;大圓圈的作用是探究互成30°、37°、45°、53°、60°、90°、120°等特殊角的二力合成，探究合力與分力在數(shù)學(xué)上的關(guān)系。

3.強(qiáng)磁鐵及鐵板

用于固定量角器、白紙的位置。

2.3 ? ?實(shí)驗(yàn)操作過(guò)程

1.驗(yàn)證任意角度力的平行四邊形定則

（1）用量角器和強(qiáng)磁鐵把白紙固定在水平方板凹槽上。（如圖3所示）

（2）兩個(gè)帶細(xì)繩的彈簧測(cè)力計(jì)互成角度地將橡皮條拉到雙量程量角器的中心位置O，記錄力的大小及拉力的方向。在本實(shí)驗(yàn)步驟中注意以下兩點(diǎn)：①細(xì)繩要與儀器臺(tái)邊緣靠近但不緊貼，這樣做既保持了細(xì)繩與實(shí)驗(yàn)板平面平行，又減小了細(xì)繩與儀器臺(tái)邊緣的摩擦力。②只用兩個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)是因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)只需要測(cè)量?jī)蓚€(gè)拉力的大小。（如圖4所示）

（3）再用彈簧測(cè)力計(jì)將同一橡皮條拉到等效點(diǎn)O點(diǎn)。在本實(shí)驗(yàn)步驟中注意以下兩點(diǎn)：①細(xì)繩要與儀器臺(tái)邊緣靠近但不緊貼，這樣做既保持了細(xì)繩與實(shí)驗(yàn)板平面平行，又減小了細(xì)繩與儀器臺(tái)邊緣的摩擦力。②只用一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)是因?yàn)楸敬螌?shí)驗(yàn)只需要測(cè)量一個(gè)拉力的大小。（如圖5所示）

（4） 根據(jù)步驟（2）的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，順著兩條細(xì)繩的方向畫(huà)出對(duì)應(yīng)力的圖示F1和F2 ，以F1和F2為平行四邊形的鄰邊畫(huà)出對(duì)角線，F(xiàn)1和F2的合力F′就為對(duì)角線。

（5）用力的圖示作出單獨(dú)一個(gè)彈簧測(cè)力計(jì)的測(cè)量結(jié)果，使用同一標(biāo)度畫(huà)出對(duì)應(yīng)的力的圖示F。

（6）通過(guò)量角器讀出F與F′的偏差角度，通過(guò)這一偏差角度進(jìn)而判斷在誤差范圍內(nèi)力F與力F′是否相同。

2.探究特殊角度合力與分力的幾何關(guān)系

探究互成30°、37°、45°、53°、60°、90°、120°等特殊角的二力合成，探究合力與分力的定量關(guān)系。（如圖6所示）

2.4 ? ?改進(jìn)的創(chuàng)新點(diǎn)

1.通過(guò)鐵板、磁鐵固定白紙，解決了力量小的學(xué)生難以用圖釘壓緊木板固定白紙的問(wèn)題。

2.等高凹槽演示板的目的是為了安放白紙、量角器后，還能保證在同一平面內(nèi)互成角度地拉細(xì)繩套。

3.加入量角器：①量角器中心小孔可方便用于確立等效點(diǎn)的位置;②用于驗(yàn)證常用的特殊角的二力合成規(guī)律。

4.此改進(jìn)后的裝置，不僅可以用于學(xué)生實(shí)驗(yàn)，還可以作為教師演示實(shí)驗(yàn)使用。

此改進(jìn)實(shí)驗(yàn)裝置已在筆者所在學(xué)校的高一年級(jí)試用，取得了明顯的教學(xué)效果。老師們反映整個(gè)實(shí)驗(yàn)過(guò)程清晰，實(shí)驗(yàn)操作輕松、方便，實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象明顯，易于學(xué)生觀察，實(shí)現(xiàn)了教學(xué)效果和效率的提高。

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（欄目編輯 ? ?張正嚴(yán)）