在探索中感受科学

在探索中感受科学 ──力的合成法则 天津市第51中学　范华鹏 【教学内容】 高中一年级《物理》第一册第一章第五节“力的合成”。 【教学过程】 一、问题的引入 “一桶水，可以由两个人提起，也可以一个人提起。”老师停顿了一下，“这两个过程相同吗?” “不同”陈昕举手说，“第一次桶受两个拉力，第二次受一个拉力。”（问题似乎过于简单） “有没有相同的地方呢?”老师追问了一句。 陈昕犹豫了一下：“都是把桶从地上提起来。” 有些同学笑了，不以为然。 “对”老师大声的肯定说，“正是如此，都是把桶提起来，我们把这叫做效果相同。” “几个力共同作用在物体上的效果与一个力单独作用在物体上的效果相同，此时这一个力就叫做那几个力的合力，那几个力就叫做这一个力的分力。” 二、问题的提出 “已知分力求合力就叫做力的合成。” “那么如何去求合力呢?我们从最简单的二力合成研究。例如：3N和4N，合力是多少?” “7N”大部分的同学脱口而出，表情很自信，只有一少部分同学没有回答，仍在思考着。 三、问题的深入（用问题激发学生思考、讨论） “可以等于5N吗?”回答“不可以”的同学反而成了少数，看来大部分的同学已经意识到问题并不是那么简单。 “可以等于3N吗?可以等于1N吗?”老师连续发问，这回所有同学都没了声音，静静思考着这个看似简单，而又预感并不简单的问题。 “同桌的同学可以讨论一下”。两分钟过去了，显然讨论并不激烈，有的同学仍然觉得一定是7N，有的则有了不同的答案，但还不成熟。 四、教师点拨，演示实验（引导学生自己寻找答案） “某种猜想、看法是否正确，要经过实践的检验，本节我们就要用实验验证，合力与分力之间到底遵循着什么样的关系。” 说着，老师把演示用的小黑板固定在铁架台上，两根细绳跨过定滑轮在另一端分别挂上钩码（3个和4个），并使橡皮条在水平方向伸长，末端定为0点。 “现在，我们用了两个力，把橡皮条末端拉到了0点，这就是这两个拉力的效果。我们可不可以用一个力去达到同样的效果，也就是用一个力把橡皮条末端拉到0点。” “可以”所有回答都是肯定的，随后老师只在一条绳上挂上钩码，跨过定滑轮拉伸橡皮条。当钩码数为5个时，橡皮条末端再次被拉伸到0点。 “现在，一个力的效果跟两个力的效果相同了，我们看看它们究竟有什么关系?” 五、探究思考（同学们对问题有了初步的认识） 老师在黑板上以一个钩码的重量为一个单位力，画出三个力的图示，并且虚线连接力的端点。 同学发出疑问：“分力分别为3个单位力和4个单位力，而合力为5个单位力，而3+4并不等于5”。 显然同学们都发现了这个“重大发现”。 “那么它们之间到底满足什么样的关系呢?” 同学们对问题有了进一步的认识，并猜想到了正确答案，但还未得到证实。 李明举手说：“我看四边形OABC像一个平行四边形，分力F1、F2是邻边，合力F是平行四边形的对角线。”“我看也是。”……这一行的同学回答是一致的，其他同学也没有异议。 “四边形OABC到底是不是平行四边形呢?我们下面要每一个同学用实验去验证它。” （老师启发式、引导式的提问，同学们的积极思索，逐步排除了分组实验的障碍。） （大屏幕显示实验器材：方木板、白纸、橡皮条、两个弹簧秤、细绳、图钉、刻度尺。） “这个实验该怎样去做呢?” “和您刚才做的类似，只不过不用钩码拉橡皮条，而是用弹簧秤。”第一组的黄欣毫不犹豫。 “有什么好处吗?” 按照惯例该轮到后面同学了，“这样可以更准确地读出力的大小。” “好，请坐！”老师同意这两位同学的说法，如何验证四边形OABC是不是平行四边形呢? 张林回答说：“还是像您做的一样，把A、B、C连接起来。” “这样就可以了吗?”老师的质疑使同学们脸上露出了疑惑的神情。“注意我们现在并不知道四边形OABC是不是平行四边形，而是要去验证它。” 几秒钟的沉默后，物理课代表张岳终于打破僵局：“以分力做一个平行四边形，再比较合力和它的对角线……”看来他也不是有十足的把握。 “然后呢?”老师用鼓励和期待的目光注视着张岳。 张岳显然有了信心，大声说：“再比较合力与这个平行四边形的对角线是否重合。” “如果重合呢?”老师继续引导。 “如果重合，说明合力与分力满足平行四边形关系；如果不重合，则说明它们不满足。” “好，请坐，张岳说得对。”老师点点头，并总结说：“首先确定两个分力的大小和方向，然后确定合力的大小和方向，再以两个分力为邻边做出平行四边形，看合力是否与平行四边形的对角线重合，如果重合平行四边形得以验证。” 分组实验正式开始，结果证实前面的猜想是正确的。 两人一组，老师边巡视边指导，并提出注意事项：橡皮条应与细绳、木板固定牢；细绳要长些…… 大多数同学的实验是成功的，通过自荐和评比，选出最佳的展示给全班同学。 最后，老师给同学们半分钟的时间，总结一下这节课的收获，还是课代表抢先发言：“两个力合成不能像两个数字那样简单相加，而是要遵循平行四边形定则。”同学们都纷纷点头，对力的合成有了较深刻的认识。 六、问题的深入和外延 （大屏幕显示）思考题：（1）合力是否一定比分力大?（2）三个力求合力应该怎么办?（同学们又“陷入”了新一轮的探索中。）