“力的合成”演示实验的改进

严慧洁 陈晓霞

(无锡市第三高级中学 江苏 无锡 214028)

力的合成实验是高中物理力学部分的一个重要演示实验，是学生在学习过程中第一次接触到矢量运算法则，所以演示实验的关键应在于如何让学生在观察中切身体会到其中不一样的运算法则，在体验的基础上师生共同得出力的平行四边形定则，而不是直接将平行四边形定则当作结论传授或者验证.在实际教学中笔者也进行了各种演示方法研究.

演示方法一：利用力的合成和分解的演示仪

(图1).

图1

这种演示仪学校一般都会配备，使用方便，实验速度快、效率高.所以也为大多数教师所采用，但是该实验装置有两大弊端.

(1)力的取值不能连续变化

实验中采取钩码施力的方式, 所挂钩码总重力的值不能连续变化, 这使得橡皮条每次所受拉力的值也不能连续变化.

(2)弹簧测力计处于固定的竖直状态，且为了读取两分力张角大小，细线结点必须在演示仪圆盘的圆心位置，这就使得教师只能预先设计一些特殊的情况进行演示.

以上两大弊端导致实验无法随意改变力的大小和方向，使学生对平行四边形定则成立的普遍性有很大质疑；甚至有学生会认为实验结果都是巧合，实验说服力大大降低.还有一些学生甚至课后反映觉得实验过程太快，还没思考明白实验演示就结束了，最终只是强行将平行四边形定则记忆而已.

多次实验之后笔者认为这种演示方法虽然方便快捷，但实际学生对知识的理解程度大打折扣，所以之后改换了实验方法.

演示方法二：将学生实验搬上黑板.

学生在进行教材中的“验证力的平行四边形定则”的分组实验中，效果是比较好的，而且也没有演示仪的弊端，但该实验为水平面上进行，在课堂演示不利于学生观察，所以实际教学中在竖直平面黑板平面内进行演示，并且稍作改变，变“验证”为“探究”,具体步骤如下.

(1)如图2所示，在黑板上方紧靠上边缘适当位置钉上小铁钉， 小铁钉上系一适当长度的细线，下方系上橡皮条， 橡皮条另一端再系上两个细绳套.

图2

(2)请两位学生上讲台用两只弹簧测力计分别勾住两只细绳套， 沿黑板平面互成角度地拉橡皮条， 使橡皮条与细绳套的结点到达某任意恰当位置O点，由教师在黑板上用粉笔记下O点位置和拉力F1,F2的大小、方向.该步骤中一定要注意,要求两位学生在拉住弹簧测力计的过程中不得随意改变，防止教师记录数据过程中力的大小、方向发生改变.

(3)学生根据合力的定义思考如何得到F1，F2的合力.

(4)请另一位学生只用一只弹簧测力计钩住一只细绳套沿黑板平面拉橡皮条，使结点再次达到同一O点位置，教师记下F的大小、方向.

(5)再请一位学生，选取恰当标度，在黑板上按所记录的F1,F2，F的大小、方向作出F1,F2，F的力的图示.

(6)学生观察并讨论F1,F2,F之间的可能关系.

(7)以F1,F2为邻边作平行四边形，再作出这组邻边之间的对角线F′，观察F与F′之间的关系.

(8)改变F1,F2大小、方向,改变O点位置,重复上述步骤反复实验.

(9)师生共同得出结论: 如果用表示两个共点力F1,F2的线段为邻边作平行四边形，则合力F的大小、方向可以用这两个邻边之间的对角线表示出来.

采取这种演示方法的好处：

(1)实验中各力大小可取连续值，各力方向可任意变化，使平行四边行定则的得出更具普遍性，促进了学生对概念的正确理解和掌握.

(2)师生互动，边实验边思考，课堂气氛活跃，虽实验时间长了，但学生对概念的理解更深刻了.

当然在多次教学中，笔者发现该方法也有一定弊端即让学生协助实验虽然能增加互动，但参与实验的学生容易遮挡住教室中大部分学生的视线，特别是在步骤(2)中.并且实验中教师在记录数据的一段时间内，学生手中的弹簧测力计不能很好地保持固定不动，从而导致了实验误差较大.但是没有学生的协助，教师一人既拉住弹簧测力计同时又要记录数据，无法完成实验.

于是笔者再次对该演示方法进行了小的改进，在超市里买两个带吸盘的挂物钩(如图3)，要挑选钩子是不锈钢材质的，这样钩子部分的摩擦力比较小，不会造成太大误差.在原实验的细绳套上栓两条细线，挂在吸盘钩上，弹簧测力计下方可以悬挂重物施力，比如沙桶等(如图4)，改变沙桶质量就可以改变力的大小，改变吸盘钩的位置就可以改变力的方向.这样改进之后教师就可以从容地记录数据了，虽然少了学生参与，但是学生观察得更清楚.黑板上方如果不方便钉小铁钉也可以用一个吸盘钩吸附在黑板上代替.

图3

图4

实际进行教学之后发现，采用这种实验方法，演示效果非常好，虽然演示时间长了，但每一步都可以让学生参与观察并思考，逐步由他们推导出平行四边形定则，并且对合力和分力的“等效”概念也有比较深刻的理解.

实践证明，演示实验的仪器并不是越高级越精密越好，有些生活中的小玩意儿也能巧妙用到物理课堂中.另外演示实验的目的在于如何通过实验与观察让学生更好地理解知识点，达到更好的教学效果，而不是为演示而演示，演示成功了也不代表教学就成功了，如何发挥课堂演示实验最有效的教学效果才是教师平时应该多思考的.