讓“二力平衡”更完美

周林勇

【摘 要】對(duì)八年級(jí)物理“探究二力平衡的條件”實(shí)驗(yàn)的改進(jìn)，是初中物理實(shí)驗(yàn)的典型個(gè)例，在教學(xué)過(guò)程中應(yīng)該讓學(xué)生經(jīng)歷對(duì)實(shí)驗(yàn)原理、器材、步驟、結(jié)果等進(jìn)行評(píng)價(jià)和分析，在探究過(guò)程中發(fā)現(xiàn)問(wèn)題，嘗試改進(jìn)，使實(shí)驗(yàn)更精確。

【關(guān)鍵詞】二力平衡;摩擦力;實(shí)驗(yàn)方案;評(píng)價(jià);改進(jìn)

《二力平衡的條件》是人教版八年級(jí)《物理》下冊(cè)第八章第二節(jié)的內(nèi)容，這是初中科學(xué)力學(xué)教學(xué)的一個(gè)重點(diǎn)內(nèi)容，也是進(jìn)一步學(xué)習(xí)功、能、機(jī)械能守恒等物理知識(shí)的基礎(chǔ)。通過(guò)對(duì)這些內(nèi)容的教學(xué)，能讓學(xué)生深切感受以實(shí)驗(yàn)為基礎(chǔ)、以嚴(yán)謹(jǐn)邏輯關(guān)系構(gòu)成為理論結(jié)構(gòu)的科學(xué)學(xué)科特色。本文將對(duì)“二力平衡”實(shí)驗(yàn)教學(xué)方法進(jìn)行了簡(jiǎn)要探討。

一、探究滿(mǎn)足二力平衡的條件

圖1 圖2

多數(shù)教材在探究“二力平衡的條件”時(shí)，采用的是如上圖1所示的方案，把木塊放在水平桌面上，在兩邊懸掛重物通過(guò)安裝在桌面兩端的滑輪拉木塊，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)探究。在實(shí)際探究時(shí)發(fā)現(xiàn)，兩邊所掛砝碼質(zhì)量相同時(shí)，木塊保持靜止;當(dāng)木塊向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，右邊鉤碼的質(zhì)量大于左邊鉤碼的質(zhì)量。分析原因，木塊向右勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，受到桌面對(duì)它向左的摩擦力，木塊在水平方向上受到拉力F1、F2和摩擦力f三個(gè)力的作用，這三個(gè)力是平衡的，滿(mǎn)足關(guān)系：F1+f=F2，所以F2>F1。

二、摩擦力介入的探究實(shí)驗(yàn)

許多老師設(shè)計(jì)了多種減小摩擦力影響的實(shí)驗(yàn)方案，其中最具代表性的如圖2所示。用一輛裝有輪子的小車(chē)代替圖1中的木塊做實(shí)驗(yàn)，把原來(lái)的滑動(dòng)摩擦變?yōu)闈L動(dòng)摩擦，使摩擦力的影響大大的減小了。在實(shí)際探究過(guò)程中，發(fā)現(xiàn)小車(chē)勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，兩邊的拉力F1和F2仍然有一定的偏差，說(shuō)明這種改進(jìn)方案對(duì)于減小摩擦力的影響的效果是有限的。

新課程的核心理念之一就是要讓學(xué)生經(jīng)歷探究過(guò)程，如何在保持傳統(tǒng)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，讓學(xué)生積極參與到二力平衡條件的探究中來(lái)呢？基于以上種種思考，本人在執(zhí)教時(shí)，在這個(gè)實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上又加了一個(gè)探究實(shí)驗(yàn)——“紙牌平衡實(shí)驗(yàn)”。利用一張兩個(gè)角拉上線(xiàn)的紙牌，兩把彈簧秤和一把剪刀進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，由于小紙片的重力遠(yuǎn)小于鉤碼對(duì)卡片的拉力，所以小紙片的重力可以忽略不計(jì)。這一設(shè)計(jì)符合物理學(xué)中忽略次要因素、突出主要因素、建立理想模型的思想。

三、有關(guān)測(cè)量二力的實(shí)驗(yàn)探究

在探究“二力平衡的條件”的活動(dòng)中，考慮到力的三要素都是影響力的作用效果的因素，探究“二力平衡的條件”也需要從力的大小、方向和作用點(diǎn)等方面著手，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)方案時(shí)要運(yùn)動(dòng)控制變量的方法。

為了準(zhǔn)確方便的測(cè)出拉力的大小，采用的兩邊掛砝碼的方法，把研究對(duì)象放在水平面上，砝碼的重力就等于拉力的大小，并且拉力的方向沿水平方向，安裝兩個(gè)定滑輪則是為了改變拉力的方向，避免自身重力對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的影響，

怎樣證明二力平衡時(shí)必須作用在同一直線(xiàn)上，可以逆向思考，把研究對(duì)象旋轉(zhuǎn)一個(gè)角度（如上圖），使作用在同一物體的兩個(gè)力不在同一直線(xiàn)上，松手后觀察研究對(duì)象能否保持平衡。

學(xué)生了解了為什么這樣做，才知道如何去做。教師如果讓學(xué)生了解了有關(guān)“二力平衡的條件”的實(shí)驗(yàn)方案的設(shè)計(jì)意圖，就能夠使學(xué)生更好完成實(shí)驗(yàn)探究，并且可以幫助學(xué)生理解“二力平衡的條件”。

該實(shí)驗(yàn)主要突出了以下幾個(gè)優(yōu)點(diǎn)：

1.減少了摩擦力的影響。由于紙牌重力很小，表面較光滑，與拉力相比紙牌和桌面的摩擦力可忽略不計(jì)。

2.實(shí)驗(yàn)精度較高。兩條線(xiàn)固定在紙牌上，用彈簧測(cè)力計(jì)拉住，使得紙牌靜止，讀取兩個(gè)測(cè)力計(jì)的數(shù)值。改變兩側(cè)拉力的大小，總結(jié)出靜止時(shí)兩個(gè)力必然大小相等、方向相反。扭轉(zhuǎn)紙牌的角度，使兩個(gè)力不在一條直線(xiàn)上，放手，觀察紙牌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，最終平衡時(shí)兩個(gè)力的方向必然在一條直線(xiàn)上（效果很明顯）。

3.體現(xiàn)科學(xué)學(xué)科的嚴(yán)謹(jǐn)性。實(shí)驗(yàn)中讓學(xué)生在紙牌處于平衡時(shí)，用剪刀把紙牌一剪為二，結(jié)果紙牌馬上就不處于平衡狀態(tài)了，可以巧妙地得出“二力平衡條件之一：作用在同一物體上”的結(jié)論。（這是一個(gè)學(xué)生較容易忽略的結(jié)論，本實(shí)驗(yàn)中的經(jīng)歷讓學(xué)生留下了深刻的印象，而教材中的實(shí)驗(yàn)是無(wú)法驗(yàn)證的）。

4.實(shí)現(xiàn)了讓每個(gè)學(xué)生親身體驗(yàn)探究過(guò)程的目標(biāo)。通過(guò)實(shí)驗(yàn)操作和對(duì)比觀察，讓他們?cè)谟^察、解決問(wèn)題的過(guò)程中，理解二力平衡的條件，實(shí)現(xiàn)知識(shí)的自我建構(gòu)，提高動(dòng)手操作能力和綜合思維能力，并從中體驗(yàn)科學(xué)探究的樂(lè)趣。從而達(dá)成教學(xué)目標(biāo)。實(shí)驗(yàn)中我欣喜地看到：學(xué)生們一邊做實(shí)驗(yàn)，一邊分析討論，合作默契，臉上洋溢著開(kāi)心的笑容，這些深深感染著我。新課程重視“過(guò)程”目標(biāo)的落實(shí)，重視“情感”目標(biāo)的體現(xiàn)，重視聯(lián)系學(xué)生的生活、社會(huì)實(shí)踐和現(xiàn)代科技。

通過(guò)探究我認(rèn)為此實(shí)驗(yàn)還存在以下缺點(diǎn)：

1.實(shí)驗(yàn)內(nèi)容受到一定局限性。只能探究水平、左右方向的二力平衡問(wèn)題，容易使學(xué)生認(rèn)為只有在這個(gè)方向上的兩個(gè)力才能平衡。缺乏各個(gè)方向上二力平衡的探究過(guò)程。

2.實(shí)驗(yàn)參與性受到一定限制。受器材、實(shí)驗(yàn)裝置、學(xué)生動(dòng)手能力的影響，較難開(kāi)展小組實(shí)驗(yàn)，一般采用老師演示的方法。這樣，學(xué)生缺少親身體驗(yàn)，對(duì)培養(yǎng)學(xué)生的科學(xué)探究能力不利。

總之，物理知識(shí)和科學(xué)技術(shù)、社會(huì)生活息息相關(guān)。關(guān)注現(xiàn)代物理科學(xué)技術(shù)的新科技、新成果、新動(dòng)向，都能使學(xué)生真正了解到物理知識(shí)的實(shí)用價(jià)值，使物理教學(xué)過(guò)程成為學(xué)生愉悅的情感體驗(yàn)過(guò)程，讓學(xué)生感悟到實(shí)際生活中的物理的奇妙和規(guī)律，從而激發(fā)學(xué)生勇于探索科學(xué)知識(shí)的最大潛能，真正實(shí)現(xiàn)從生活走向物理，從物理走向社會(huì)。endprint