華北油田第三中學(062552) 李富恩 駱雅杰

澳門城市大學教育學院(999078) 何彥雨

1 引言

2017年人教版高中物理課程標準中對于“力的合成和分解”的課時分配建議為2個課時。通過本節(jié)第一課時力的合成學習，學生已經(jīng)掌握了力的合成滿足平行四邊形定則，會根據(jù)平行四邊形定則對兩個力或多個力進行合成。而在“力的分解”知識點教學上教材采取的處理方式是：首先將拖拉機對耙的拉力沿著水平和豎直兩個方向上進行討論，從而引出本節(jié)課的第一個問題——力的分解；隨后根據(jù)例題，斜面上物體受到的重力分別沿著斜面和垂直于斜面進行分解，并把這種分解的方法定義為正交分解法。但是學生對于按照力的作用效果將力進行分解總是理解不夠深入，導致本節(jié)講解起來也顯得過于枯燥。

高中課本中有兩個按照效果分解的實例，一是繩子與桿的連接，另一個就是課本中的斜面上物體重力，下面，筆者對這兩個模型在課堂教學中的改進做一個展示。

2 教學過程

通過前一節(jié)課的學習，學生已經(jīng)掌握了力的平行四邊形定則，上課前要求學生對實驗設(shè)計理念和DIS實驗特點通過微課進行課前預習，讓學生對本節(jié)課的內(nèi)容和學習目標有一定的認識。本節(jié)課主要的實驗教學內(nèi)容及學生的活動分為以下幾個環(huán)節(jié)。

環(huán)節(jié)一：結(jié)合課前預習，學生自行完成對力的分解概念的理解。并分享預習導學案上判斷題答案及其分析解析。

環(huán)節(jié)二：學習課本中拖拉機對耙的拉力的分解，進一步理解一個力可以分解為無數(shù)組分力。教師指出力的分解雖然可以有無數(shù)組，但是我們在實際分解中要根據(jù)力的作用效果進行分解。常見的力的分解物理模型有2個。

環(huán)節(jié)三：學生探究模型一(三角支架懸掛物體的拉力分解)。

學生體驗：按照圖1所示，繩子一段套在手指上，另一端拴在筆的右端，筆的另一端抵在手上，筆與繩子的連接(結(jié)點)處懸掛重物，體會細繩和筆對手的作用效果。

學生實驗：用帶有小格的伸縮桿稱量懸掛重物的重力，當重物靜止時記下伸縮桿露出的小格數(shù)，表示懸掛重物的拉力大小，用2個相同的伸縮桿制成三腳架，懸掛上稱量的重物后，通過露在外面的小格來顯示作用力的大小，如圖2所示。學生記錄2個伸縮桿的夾角和作用力大小，在結(jié)點處作出豎直向下的拉力G、對傾斜桿的拉力G1、對水平桿的壓力G2三力示意圖，看是否滿足平行四邊形定則。

結(jié)論：在誤差允許范圍內(nèi)，可以認為拉力按照作用效果分為了對斜桿的拉力和對水平桿的壓力。至此完成了第一個模型的探究。學生通過體驗感受到了兩個力的作用效果，并且根據(jù)實驗驗證了拉力的兩個分力滿足力的平行四邊形定則。但是這個根據(jù)小格長度估讀力的大小，確實誤差很大，也很不規(guī)范，實驗還可以進行改進，有待學生進一步思考。學生思維受到啟發(fā)，馬上回歸課本，學習課本中的例題，斜面上物體的重力按照作用效果應如何分解。

環(huán)節(jié)四：學生探究模型二(斜面上物體的重力如何分解)。

學生活動1：靜止在斜面上的物體受幾個力的作用？你能畫出物體的受力分析示意圖嗎？

學生活動2：我們可不可以根據(jù)物體處于平衡狀態(tài)，分析一下物體的重力可以分解為哪兩個方向的分力？

學生活動3：你能用什么方法體現(xiàn)出重力的兩個分力的作用效果？學生經(jīng)過分析討論，展示自己的設(shè)計。要想看得見力的作用效果，必須把力的作用效果放大，也就是說要放大形變，其中一個非常成功的設(shè)想就是利用海綿展示明顯的形變。設(shè)計實驗如圖4所示。當鐵塊放到斜面上，2塊海綿都發(fā)生了嚴重形變，由此可以看出，斜面上的物體重力的兩個作用效果是沿斜面向下和垂直于斜面向下。

學生活動4：能不能定量地測量物體對2塊海綿的壓力大?。空埬阍O(shè)計一個實驗進行探究。學生想到利用彈簧秤測量，但彈簧秤只能測量拉力大小，于是設(shè)計了圖5中的探究實驗。將斜面抬起一定角度，利用量角器測量斜面的傾角，利用2個彈簧秤將物體掛住，剛好讓物體與斜面間無壓力。讀出2個彈簧秤的示數(shù)，根據(jù)物體的重力和2個拉力的大小關(guān)系，看是否滿足平行四邊形定則。

學生活動5：請同學們分析此次實驗的誤差以及實驗弊端。實驗操作中不好調(diào)整2個彈簧秤的位置，使其能夠剛好保障小車與斜面無壓力，也不能完美呈現(xiàn)斜面上彈簧剛好與斜面平行，而且彈簧秤讀數(shù)也存在一定誤差。鑒于此，我們還需對實驗進行改進。

學生活動6：能不能直接測量物體對斜面的壓力，對于作用力的讀數(shù)還可以進一步精確化，為此我們引出了力傳感器——能夠直接在計算機上顯示拉力或壓力的大小。實驗裝置如圖6所示，將2個力傳感器分別固定在斜面上，調(diào)整好傳感器的位置使懸掛上重物后的繩子與斜面平行。選擇半個空水瓶作為裝鉤碼和砝碼的托盤(質(zhì)量相對較小，可略去不計)。通過數(shù)據(jù)線將2個力傳感器連接到電腦，直接讀出力的數(shù)值。

在塑料瓶里加1個鉤碼，之后添加砝碼來增加重物的重力。實驗中將斜面調(diào)整到與水平面成53°角,將傳感器讀出的作用力跟Gsin53°和Gcos53°對比，如果在誤差允許范圍內(nèi)相等，就可以證明斜面上物體的重力按照效果確實分成了沿斜面和垂直于斜面的兩個方向上的分力。

3 總結(jié)反思

本節(jié)課教材主要是通過理論推導進行力學知識教學，沒有實驗作為鋪墊，這對于高一剛剛接觸力學知識的初學者，確實存在很大的障礙。筆者在這節(jié)課中設(shè)置了一系列的學生活動，讓學生通過參與實驗設(shè)計、感知實驗效果，達到本節(jié)課的教學目標。