让“二力平衡”更完美

周林勇

【摘 要】对八年级物理“探究二力平衡的条件”实验的改进，是初中物理实验的典型个例，在教学过程中应该让学生经历对实验原理、器材、步骤、结果等进行评价和分析，在探究过程中发现问题，尝试改进，使实验更精确。

【关键词】二力平衡;摩擦力;实验方案;评价;改进

《二力平衡的条件》是人教版八年级《物理》下册第八章第二节的内容，这是初中科学力学教学的一个重点内容，也是进一步学习功、能、机械能守恒等物理知识的基础。通过对这些内容的教学，能让学生深切感受以实验为基础、以严谨逻辑关系构成为理论结构的科学学科特色。本文将对“二力平衡”实验教学方法进行了简要探讨。

一、探究满足二力平衡的条件

图1 图2

多数教材在探究“二力平衡的条件”时，采用的是如上图1所示的方案，把木块放在水平桌面上，在两边悬挂重物通过安装在桌面两端的滑轮拉木块，进行实验探究。在实际探究时发现，两边所挂砝码质量相同时，木块保持静止;当木块向右匀速运动时，右边钩码的质量大于左边钩码的质量。分析原因，木块向右匀速运动时，受到桌面对它向左的摩擦力，木块在水平方向上受到拉力F1、F2和摩擦力f三个力的作用，这三个力是平衡的，满足关系：F1+f=F2，所以F2>F1。

二、摩擦力介入的探究实验

许多老师设计了多种减小摩擦力影响的实验方案，其中最具代表性的如图2所示。用一辆装有轮子的小车代替图1中的木块做实验，把原来的滑动摩擦变为滚动摩擦，使摩擦力的影响大大的减小了。在实际探究过程中，发现小车匀速运动时，两边的拉力F1和F2仍然有一定的偏差，说明这种改进方案对于减小摩擦力的影响的效果是有限的。

新课程的核心理念之一就是要让学生经历探究过程，如何在保持传统实验的基础上，让学生积极参与到二力平衡条件的探究中来呢？基于以上种种思考，本人在执教时，在这个实验的基础上又加了一个探究实验——“纸牌平衡实验”。利用一张两个角拉上线的纸牌，两把弹簧秤和一把剪刀进行实验，由于小纸片的重力远小于钩码对卡片的拉力，所以小纸片的重力可以忽略不计。这一设计符合物理学中忽略次要因素、突出主要因素、建立理想模型的思想。

三、有关测量二力的实验探究

在探究“二力平衡的条件”的活动中，考虑到力的三要素都是影响力的作用效果的因素，探究“二力平衡的条件”也需要从力的大小、方向和作用点等方面着手，设计实验方案时要运动控制变量的方法。

为了准确方便的测出拉力的大小，采用的两边挂砝码的方法，把研究对象放在水平面上，砝码的重力就等于拉力的大小，并且拉力的方向沿水平方向，安装两个定滑轮则是为了改变拉力的方向，避免自身重力对实验结果的影响，

怎样证明二力平衡时必须作用在同一直线上，可以逆向思考，把研究对象旋转一个角度（如上图），使作用在同一物体的两个力不在同一直线上，松手后观察研究对象能否保持平衡。

学生了解了为什么这样做，才知道如何去做。教师如果让学生了解了有关“二力平衡的条件”的实验方案的设计意图，就能够使学生更好完成实验探究，并且可以帮助学生理解“二力平衡的条件”。

该实验主要突出了以下几个优点：

1.减少了摩擦力的影响。由于纸牌重力很小，表面较光滑，与拉力相比纸牌和桌面的摩擦力可忽略不计。

2.实验精度较高。两条线固定在纸牌上，用弹簧测力计拉住，使得纸牌静止，读取两个测力计的数值。改变两侧拉力的大小，总结出静止时两个力必然大小相等、方向相反。扭转纸牌的角度，使两个力不在一条直线上，放手，观察纸牌的运动状态，最终平衡时两个力的方向必然在一条直线上（效果很明显）。

3.体现科学学科的严谨性。实验中让学生在纸牌处于平衡时，用剪刀把纸牌一剪为二，结果纸牌马上就不处于平衡状态了，可以巧妙地得出“二力平衡条件之一：作用在同一物体上”的结论。（这是一个学生较容易忽略的结论，本实验中的经历让学生留下了深刻的印象，而教材中的实验是无法验证的）。

4.实现了让每个学生亲身体验探究过程的目标。通过实验操作和对比观察，让他们在观察、解决问题的过程中，理解二力平衡的条件，实现知识的自我建构，提高动手操作能力和综合思维能力，并从中体验科学探究的乐趣。从而达成教学目标。实验中我欣喜地看到：学生们一边做实验，一边分析讨论，合作默契，脸上洋溢着开心的笑容，这些深深感染着我。新课程重视“过程”目标的落实，重视“情感”目标的体现，重视联系学生的生活、社会实践和现代科技。

通过探究我认为此实验还存在以下缺点：

1.实验内容受到一定局限性。只能探究水平、左右方向的二力平衡问题，容易使学生认为只有在这个方向上的两个力才能平衡。缺乏各个方向上二力平衡的探究过程。

2.实验参与性受到一定限制。受器材、实验装置、学生动手能力的影响，较难开展小组实验，一般采用老师演示的方法。这样，学生缺少亲身体验，对培养学生的科学探究能力不利。

总之，物理知识和科学技术、社会生活息息相关。关注现代物理科学技术的新科技、新成果、新动向，都能使学生真正了解到物理知识的实用价值，使物理教学过程成为学生愉悦的情感体验过程，让学生感悟到实际生活中的物理的奇妙和规律，从而激发学生勇于探索科学知识的最大潜能，真正实现从生活走向物理，从物理走向社会。endprint