覃華化

(廣西壯族自治區(qū)柳州市民族高中，廣西 柳州 545006)

1 引言

“共點(diǎn)力的平衡”是形成運(yùn)動與相互作用觀念的重要知識載體，物體平衡是一種特殊條件(合力為0)下的特殊運(yùn)動(加速度為0)。共點(diǎn)力平衡的條件在運(yùn)動與相互作用觀念形成過程中具有承上啟下的作用，承上是在初中二力平衡基礎(chǔ)上展開，進(jìn)一步拓展和延伸；啟下是后續(xù)學(xué)習(xí)中深入研究物體所受合力不為0時運(yùn)動狀態(tài)變化的基礎(chǔ)。通過本節(jié)的學(xué)習(xí)，初步培養(yǎng)學(xué)生模型構(gòu)建、科學(xué)推理、科學(xué)探究、科學(xué)論證等能力。

2 教學(xué)設(shè)計(jì)

2.1 教學(xué)目標(biāo)

(1) 物理觀念：初步形成運(yùn)動與相互作用觀念，能從平衡的視角解釋簡單的力學(xué)現(xiàn)象。

(2) 科學(xué)思維：引導(dǎo)學(xué)生抓住主要因素，學(xué)習(xí)構(gòu)建物理模型的科學(xué)思維方法。

(3) 科學(xué)探究：能基于實(shí)驗(yàn)證據(jù)得出結(jié)論并作出解釋，同時對科學(xué)探究的過程和結(jié)果進(jìn)行交流、評估。

(4) 科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：能用共點(diǎn)力平衡的條件分析生產(chǎn)生活中的實(shí)際問題。

2.2 教學(xué)過程

2.2.1 教學(xué)引入

播放視頻，展示“平衡達(dá)人”擺弄各種物體的平衡造型，展現(xiàn)生活中各種有趣的平衡現(xiàn)象，激發(fā)學(xué)生學(xué)習(xí)的興趣，引出平衡狀態(tài)的概念。

2.2.2 平衡狀態(tài)

物體處于靜止或者勻速直線運(yùn)動的狀態(tài)叫作平衡狀態(tài)，其運(yùn)動學(xué)特征為：v保持不變，即a=0，并且指出物理問題中有時會出現(xiàn)物體“緩慢移動”，也可以視為物體處于平衡狀態(tài)。處于平衡狀態(tài)的物體受力情況如何？

2.2.3 探究活動

讓學(xué)生三至四人為小組，同時拉動紙片上附有的三根細(xì)繩，讓紙片處于平衡狀態(tài)，利用竹簽沿著細(xì)繩方向延伸，讓學(xué)生觀察三根竹簽是否相交于同一點(diǎn)，大部分同學(xué)都能作出三根竹簽交于一點(diǎn)(圖1)。

圖1

設(shè)計(jì)意圖：通過創(chuàng)設(shè)情境，讓學(xué)生自己體驗(yàn)共點(diǎn)力概念的過程，教師進(jìn)行簡單總結(jié)，建構(gòu)物理概念，同時引出還有不相交于一點(diǎn)的力，如圖2所示，三根竹簽相互平行，為非共點(diǎn)力。

圖2

2.2.4 共點(diǎn)力

幾個力如果都作用在物體的同一點(diǎn)，或者它們的作用線相交于一點(diǎn)，這幾個力叫作共點(diǎn)力。除了共點(diǎn)力，還有一部分力的作用線是平行的，作用線平行的力叫作平行力。高中物理中主要研究共點(diǎn)力作用下的平衡狀態(tài)。受共點(diǎn)力作用的物體在什么條件下才會保持平衡呢？

2.2.5 共點(diǎn)力的平衡條件

回顧二力平衡知識，作用在同一物體上的兩個力，大小相等、方向相反，并且作用在同一條直線上，即合力為零?；貞?yīng)前面播放的視頻，對擺弄的平衡物體進(jìn)行受力分析，加深對二力平衡條件的理解。

進(jìn)而拓展到三力平衡，引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)前面學(xué)習(xí)的力的合成，把其中兩個力進(jìn)行合成，通過合力等效替代兩個分力，把三力平衡等效為二力平衡，即可得出三力平衡的條件：F合=0，兩個力的合力與第三個力等大、反向、共線。

再拓展到四力平衡，同理根據(jù)力的合成，把四力平衡等效為三力平衡，再等效為二力平衡，即可得出四力平衡的條件：F合=0，且四力之間的關(guān)系是三個力的合力與第四個力等大、反向、共線。

最后拓展到多力平衡，同理，最終都等效為二力平衡，即可得出多力平衡的條件：F合=0。

設(shè)計(jì)意圖：基于初中二力平衡知識，進(jìn)一步拓展和延伸，進(jìn)行理論探究，加深理解等效替代法，層層遞進(jìn)，歸納總結(jié)得出共點(diǎn)力的平衡條件。

2.2.6 共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用

例1：生活中常用一根水平繩拉著懸吊重物的繩索來改變或固定懸吊物的位置。如圖3所示，G是被細(xì)繩懸吊的重物，其O點(diǎn)被一水平繩BO牽引，使懸繩AO段和豎直方向成θ=60°。若懸吊物的質(zhì)量m=0.2 kg，則細(xì)繩AO和水平繩BO所受的拉力各等于多少？

圖3

設(shè)計(jì)意圖：將教材中例題加上具體數(shù)據(jù)，讓學(xué)生應(yīng)用三力平衡的條件處理問題并且驗(yàn)證。

首先，引導(dǎo)學(xué)生明確研究對象，進(jìn)行受力分析，處理三力平衡問題時通常用合成法(圖4)。

圖4

然后，再通過實(shí)驗(yàn)來驗(yàn)證學(xué)生運(yùn)算的結(jié)果，如圖5所示，利用兩個力傳感器和砝碼創(chuàng)設(shè)真實(shí)情境，將鉤碼掛到圖3中重物的位置，觀察力傳感器的讀數(shù)與學(xué)生運(yùn)算結(jié)果是否一致，實(shí)現(xiàn)理論探究與實(shí)驗(yàn)探究相結(jié)合。

圖5

例2：某幼兒園要在空地上做一個滑梯，如圖6所示，根據(jù)空地的大小，滑梯的水平跨度確定為6 m。滑板和兒童褲料之間的動摩擦因數(shù)取0.4，為使兒童在滑梯游戲時能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？

圖6

設(shè)計(jì)意圖：引導(dǎo)學(xué)生除了用合成法，還可用分解法，讓學(xué)生嘗試使用分解法處理，為學(xué)習(xí)正交分解法做鋪墊。

先引導(dǎo)學(xué)生抓住主要因素，忽略次要因素，構(gòu)建物理模型，將滑梯抽象成斜面模型(圖7)。

圖7

然后，通過斜面模型進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究，當(dāng)斜面傾角較小時，槽碼不能滑至底部，當(dāng)斜面傾角較大時，槽碼到達(dá)底部的速度過大，兒童玩滑梯時有安全隱患，要控制好斜面傾角。

然后，讓學(xué)生明確研究對象，進(jìn)行受力分析，引導(dǎo)學(xué)生嘗試分解法處理問題。根據(jù)前面學(xué)習(xí)可知，如果沒有任何限制，一個力可以分解成無數(shù)個分力，因此需要根據(jù)力的作用效果進(jìn)行分解。

創(chuàng)設(shè)如圖8所示的真實(shí)情境，在斜面上放上兩塊海綿，將重物放在上面，看到兩塊海綿都發(fā)生了形變，讓學(xué)生體驗(yàn)重力在斜面上的作用效果分別是沿著斜面向下和垂直斜面向下。如圖9所示，將重力進(jìn)行分解，結(jié)合三角函數(shù)可求出斜面傾角和滑梯的高度。

圖8

圖9

最后，總結(jié)歸納分解法，發(fā)現(xiàn)將重力分解之后，得出的四個力剛好兩兩在一條直線上，且相互垂直，進(jìn)而引出正交分解法。正交分解法的要點(diǎn)是在建立直角坐標(biāo)系之后，只需將不在坐標(biāo)軸的力分解到坐標(biāo)軸上，而且當(dāng)出現(xiàn)四個力或更多力時均適用。

3 結(jié)語

新課改的要求就是要基于的核心素養(yǎng)的培養(yǎng)要求去思考問題，讓學(xué)生在物理概念、科學(xué)思維、科學(xué)探究、科學(xué)態(tài)度四個方面得到有效提升。高中物理教師通過聯(lián)系生活、引發(fā)認(rèn)知沖突、基于實(shí)驗(yàn)、激活知識等途徑創(chuàng)設(shè)問題情境，通過真實(shí)的情境教學(xué)，引導(dǎo)、激發(fā)學(xué)生深度思考，把物理知識和實(shí)際情境緊密聯(lián)系起來，讓學(xué)生在物理情境中思考問題，在思考問題中掌握知識，在掌握知識中促進(jìn)學(xué)生必備品格和關(guān)鍵能力的形成，增強(qiáng)學(xué)生的實(shí)踐意識。