D.共点力的平衡.ppt

通过实验探究轻杆与轻绳弹力特点 灵武一中马彦 一 实验教学目标 弹力是高中物理必修一第三章第二节的内容 质量不计的轻杆 轻绳是高中物理力学中常见的模型 关于轻杆和轻绳产生的弹力特点 是高中物理教学的重点 也是学生学习中的难点 本实验课的教学力求贯彻高中物理新课程思想 采用探究式教学 教学中可以向学生直观地演示轻杆和轻绳弹力特点 减少学生对轻杆上弹力方向判断缺乏感知的问题 用来帮助理解和解答一些实际问题 并让学生体验科学探究过程 了解科学研究方法 培养实验探究 交流归纳 解决问题的能力 二 实验设计目标 该实验通过悬挂钩码的重量和筒式测力计的示数对比 可以演示通过滑轮的一根轻绳两侧弹力一定相等和打结一处的两根轻绳弹力可相等 可不等的特点 该实验通过带转轴的自由杆的平衡与否 让学生来感知杆产生的弹力是否沿杆的方向 该实验可以直观演示如下所示的自由杆和固定杆的受力平衡问题 解决学生的疑难 可通过实验模型分析斜拉桥上铁索绳的长度与绳上受力的关系 三 实验内容设计 1 如图 一 所示 轻杆左端转轴固定并使杆处于水平方向 使一根轻绳通过杆右端的滑轮 下端挂钩码 上端链接测力计 改变上端绳与水平方向夹角 通过读取几组上端绳上弹簧测力计的示数 和下端绳的弹力对比 得出通过滑轮两侧轻绳的弹力相等 通过立柱上的滑轨改变上段绳与水平方向的夹角 由弹簧测力计读出的上段绳的拉力在不同夹角情况下的大小 结合共点力平衡条件和作图法 很容易得出杆对 滑轮 的弹力不沿杆的各种情况 图 一 2 如图 二 所示 调整轻杆左端的转轴使其处于自由活动状态 使一根轻绳通过杆右端的滑轮 下端挂钩码 上端链接测力计 用手改变轻杆与水平方向夹角 通过读取几组 上端绳上弹簧测力计的示数 和下端绳的弹力对比 得出通过滑轮两侧轻绳的弹力相等 可以看到 杆若水平 就一定会转动 只有杆的方向沿两段绳合力的方向 即两段绳夹角的平分线方向 该杆才可以平衡 此时杆对滑轮的弹力方向必沿杆的方向 若通过滑轨上下移动绳上端位置 可以看到轻杆每次平衡后 杆的方向一定与竖直方向成60度角 图 二 3 如图 三 所示 调整轻杆左端的转轴使其处于自由活动状态 将上下两段绳打结于杆的右端 上端绳接弹簧测力计 轻绳下端挂钩码后 通过滑动滑轨改变上端绳所处的位置 读取几组上端绳上弹簧测力计的示数 和下端绳的弹力对比 可看到打结的两段绳上的弹力不相等 由于杆可以转动 要使杆保持水平 则必须调整绳上端的位置 当杆处于水平时 通过读取数据作图 得到轻杆对结点的弹力方向必沿杆的方向 图 三 四 实验方法设计 本节课采用 问题引入 实验演示 对比观察 收集数据 作图分析 讨论归纳 五 教学过程设计 一 问题引入 甲 乙 甲图中轻杆固定 不能转动 乙图中轻杆可以绕铰链转动 上半段轻绳与水平杆成30度角 物重10牛顿 问题示例1 在下面所示的两图中 杆都保持静止 试画出滑轮和结点所受杆和绳弹力的方向 并分析这些力的大小 问题示例2 1994年上海高考题 水平横梁的一端A插在墙壁内 另一端装有一小滑轮B 一轻绳的一端C固定于墙壁上 另一端跨过滑轮后悬挂一质量m 10千克的重物 CBA 30 如图所示 则滑轮受到绳子的作用力为 g取10N kg A 50NB 50 NC 100ND 100 N 1立座 轻杆 右端带转轴 左端带定滑轮和固定结环 轻绳 筒式测力计 钩码 滑轨 转轴调节阀 二 实验装置 三 实验步骤 依据上述实验内容设计分三组进行实验 四 实验分析 引导学生按要求完成学案 并讨论出相关结论 1 通过滑轮的一根轻绳两侧弹力具有大小一定相等 方向沿绳子收缩的方向的特点 打结一处的两根轻绳弹力具有大小可相等 可不等 方向沿绳子收缩的方向的特点 2 对于固定轻杆上对滑轮 或结点 弹力的方向不一定沿杆的方向 对于自由杆上对滑轮 或结点 弹力的方向一定沿杆的方向 3 自由杆上滑轮不容易平衡 只有一个位置可以使滑轮平衡 即滑轮与竖直方向成60度角时 五 实验结论归纳 六 结论应用 返回到开始引课时出示的示例 引导学生用实验结论快速求解 七 课后讨论 分析斜拉桥上铁索绳长度与绳上受力的关系 图 四 六 教学反思 这节课的实验设计 为了解决轻绳 轻杆模型问题 源于模型本身的复杂程度和学生的感知水平 建议本节课用于高三复习阶段处理这块问题时给学生加入 本套实验装置为自制教具 通过演示 并结合上述所出示的实际问题的分析 学生对轻绳和轻杆的弹力特点有了更加真实的感知 对所例举的问题有了更清晰的认识 大部分同学通过理论联系实际后 掌握效果良好 关于这个实验装置改进有两点想法 一 想办法更改轻杆 使其质量更小 弹簧测力计示数更为真实 二 在演示轻杆固定后的实验 可以通过较精确的计算测量 在滑轨旁相应位置标出表示上端绳与杆夹角的刻度 便于操作时更容易找合适位置节省时间 七 自我评价 成功之处在于 一个是本节课能遵循教学规律 通过多样化的教学方式 有层次地组织教学 进而突出了实验教学目标和要解决的问题 二是在探究过程中 有效地促进了学生的参与程度与认知程度 最主要的是 引导学生讨论 交流 得出结