“力的平衡”探究实验课的设计

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  一、教学设计思路
  
  探究实验课是新课程提倡的一种教学方式,教师如何引导,对整堂课如何设计,才能让学生真正体验到探究过程,才能让学生把探究过程和学习物理知识结合起来,如何尊重学生,信任学生,才能真正让学生成为教学活动的主体。在这节课中,首先引入一个场景,把学生的地位建立起来,同时引出探究的问题,这就使教学的重点由学习物理知识变为探索知识的过程。用提问的形式,引导学生设计实验,用他们所发现的问题,及同学之间的互相交流,解决实验中的注意事项及同学交流归纳总结得出实验结论。在这样的探究中。学生体验这个过程,重要的是培养了一定的分析问题,观察问题,解决问题的能力。
  
  二、教学目标
  
  1 知识与技能
  (1)知道平衡状态和平衡力的概念
  (2)了解共点力作用下物体平衡的概念
  (3)知道共点力的平衡条件
  2 过程与方法
  (1)通过课堂小实验,培养学生实验观察能力。
  (2)通过设计实验探究物体的平衡条件,培养学生的科学探究能力和实验能力。
  (3)通过课堂练习,训练学生进行知识迁移及应用
  3 情感与态度
  通过亲自体验的小实验,利用互相交流共同设计实验方案,培养学生与他人合作的精神;通过先从实验探究,再从理论上总结共点力作用下物体的平衡条件,然后再应用,培养学生科学探究精神和理论联系实验、实际的科学态度。
  教学重点:用实验探究三个力的平衡条件的过程。
  教学难点:在解决实际力的平衡问题中,应用平行四边形定则及数学知识求解。
  教具准备:1、多媒体2、实验器材:①木板一块②定滑轮三个③不同长度的细绳三段④钩码15个⑤白纸⑥铅笔⑦尺⑧量角器⑨图钉若干
  
  三、教学过程
  
  (一)导入新课
  用老师分别与一个同学和两个同学拔河比赛的视频导入新课,结果都是平手(老师控制)
  教师:观察视频时边思考两个问题,绳子的结点处于什么运动状态?分别受到几个力?
  生:静止状态,第一次受两个力,第二次受三个力。
  师:我可以和一个同学拔河,也可以和i个,甚至全班同学。想了解一下为什么?共点力必须满足什么条件呢?(提出本节课的探究问题)
  (二)新课教学
  多媒体展示:远古巨石,蘑菇石。
  师:物体处于什么运动状态?
  生:静止状态
  多媒体展示:匀速飞行的飞机,匀速行驶的磁悬浮列车,沿斜面匀速下滑的物体。
  师:物体又处于什么运动状态?
  生:匀速运动状态
  师:物体保持静止或匀速直线运动的状态,称为平衡状态
  1 平衡状态:
  引申:平衡状态——速度保持不变——加速度a=0
  讨论与交流:
  飞机从起飞,到以一定的速度平稳飞行,再到降落,最后停在机场。全过程中哪些阶段飞机是处于平衡状态?
  2 共点力作用下物体的平衡条件
  (1)引入
  多媒体展示两个同学和三个同学拉绳子,及人拉着箱子匀速前进的情景。
  师:物体处于平衡状态,可以受到两个力,也可以受到三个力,甚至是四个力作用。那么物体处在平衡状态时,所受的力要满足什么条件呢?
  
  师:我们先研究两个力的情况。(可以让学生用实验验证一下,老师演示并强调注意事项。)
  学生很容易得出:
  二力平衡的条件:
  ①作用在同一物体上,同一直线上,大小相等,方向相反。
  ②两个共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即F=0。
  (2)设置探究问题
  师:那物体在三个点力的作用下处于平衡状态又要满足什么条件呢?请大家用实验探究一下。
  (3)引出实验设计
  师:请同学们在设计前先回答以下几个问题:实验探究的对象是什么?如何得到力的大小?如何得到力的方向?如何准确的把力的大小和方向表示出来?
  学生分组讨论,回答了老师的问题。学生由刚才的问题,并设计出了一种比较常用的实验方案,如图1:
  实验设计方案一:
  把木板放在水平面上,采用三个弹簧秤代替三个同学的拉力拉同一个结点,使得结点处于静止(如图1所示)并作好力的图示,才能表现出三个力之间的关系。
  分组动手做实验,(老师:请你们把实验过程中发现的问题记录下来,比一比谁发现的问题多?)
  各小组做好实验,并得出实验数据,同时各小组积极回答他们发现的问题:
  ①结点位置难确定
  ②绳子平行于白纸不好控制
  ③弹簧称读数不稳定
  ④三个力的图示如何得到它们的关系?
  师:大家都回答得非常好,现在各小组先讨论一下前面的三个问题,你如何解决的,当然也可以设计出新的实验方案啊!
  学生积极的思考讨论,有的小组在原来的实验上进行改进,有的小组根据桌上的实验器材进行新的设计。有一小组得出新的设计方案:
  实验设计方案二:
  把木板竖直起来,采用三串钩码的重力代替三个同学的拉力,加上两个定滑轮拉住一个结点,使得结点处于静止(如图2所示)并作好力的图示,才能表现出三个力之间的关系。
  师:请大家再动手做一下这个实验,(同时要注意的问题,老师分析强调指出)。
  学生比较快的做好这个实验,并得出实验数据,仍不能直接得出它们的之间的关系?
  师:现在来分析一下,有些小组所提出的三个力的图示如何得到它们的关系?(可以结合前面所学的知识)
  生:我们可用力的合成法,先把其中两个力变成一个力,再把这个力与第三个力比较。
  师:这小组回答得非常精彩,现在请大家处理一下你的实验数据,并得出你们所观察到的问题。
  同学利用平行四边形定则得出图,并得出实验结论:
  ①任意两个力的合力与第三个力大相等而方向相反。
  ②三个共点力平衡条件:F=0
  拓展
  师:大家能否根据刚才所探究的结果讨论一下,四个力或更多力作用下的物体平衡条件是什么?
  通过讨论与交流,学生认识到:N个共点力平衡时,合力为零,其中任意第M个力与其余(N-1)个力的合力一定大小相等、方向相反。
  师:虽然我们做的是三个共点力作用下物体平衡条件的实验,得出平衡条件:F=0,但将这个结论推广到多个共点力作用下物体平衡的情况,也可以用实验来证明。
  3,物体平衡条件的应用
  例:用绳子将鸟笼静止地挂在一根栋梁上,OA与横梁的夹角60°,OA与OB垂直,如图3所示。若鸟笼重为19.6N。求(1)绳子OC对鸟笼的拉力;(2)绳子OA和OB对结点0的拉力。
  分析例题,让学生先分析,老师再强调如何选择探究对象。侧重受力分析,分析状态列方程。当然还可以用:①用分解法求解。②用正交分解法求解。这问题我们下一节课再研究。
  共点力平衡条件应用解题的基本步骤:(由学生总结得出)
  
  四、作业
  
  1 课本93页第5、6、8题
  2 探究作业:用本节课的知识,课外做一下拔河比赛,如何以少胜多且以弱胜强呢?
   五、教学反思
  
  1、通过实际(生产生活中)的例子来说明怎样的状态是平衡状态,使学生全面理解平衡状态——静止或匀速直线运动。
  2、通过理论推理和实验探究共点力作用下物体的平衡条件,以及在实例中的应用,是本节课教学的重点。如何依据平衡条件画受力示意图与列式,对于学生来说是学习中的难点。
  3、通过本节例题的教学重在引导学生学习受力分析方法;建议教学中引导学生做出解题基本思路小结。
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