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视频课题：第五届全国高中物理教师微课讲课视频《力的分解—三角支架悬物拉力的分解》山东省青岛
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第五届全国高中物理教师微课讲课视频《力的分解——三角支架悬物拉力的分解》山东省青岛第十七中学高中物理
力的分解之三角支架悬物拉力的分解
山东省青岛第十七中学 纪梅清
一、使用教材
人教版高中《物理必修1》第三章第五节。
二、实验教学内容
力的分解的一个难点问题——三角支架悬物拉力的分解。其问题情境如下：
如图1所示，轻杆的一端C用铰链与竖直墙壁连接，它的另一端O用绳子连接到墙的B点，使轻杆保持水平，绳与轻杆的夹角为θ．在OA绳上悬挂一个重物，使其产生一个向下的拉力F： （1）拉力F产生哪两个作用效果？ （2）两分力大小分别是多少？
三、实验创新要求/改进要点
教材中没有实验，在这却需要实验。这是因为三角支架悬物拉力的作用效果不明显。
如果不能解决这个问题，学生就不算真正掌握了力的分解，如果解决了这个问题，不但对教学有帮助，而且还具有广泛的现实意义：塔吊、斜拉桥、路灯都有类似的构造。
四、实验原理/实验设计思路
斜绳和水平轻杆受力后都会发生形变，但是不明显。采用了以下两种方案解决这一难点问题。
1. 将绳和杆换成容易形变的物体（如橡皮筋、海绵、注射器等），放大力的作用效果。
2.在绳和杆的固定处加装拉力传感器和压力传感器。并配合使用Arduino板进行程序控制，精确地显示力的作用效果。
五、实验器材
创新实验1和创新实验2： 海绵、注射器、橡皮绳、木板等。
创新实验3：Arduino板、拉力传感器、压力传感器、显示器、细绳、金属杆、金属架等。
六、实验教学目标
（1）知识与技能：了解三角支架悬物拉力的作用效果，深入体会将力按效果分解的方法。
（2）过程与方法：让学生经历探究三角支架悬物拉力的作用效果的过程。培养学生的开拓创新能力、动手动脑能力、交流合作能力以及科学探究的方法， 培养学生的多种核心素养。
（3）情感、态度、价值观：使学生在完成探究任务的过程中，体验探究的乐趣，增进对物理和现代科技的兴趣。
七、实验教学过程
(一)课前准备：
将要探究的问题，作为一个任务，布置给学生。要求学生以小组为单位合作探究，设计实验方案。学生通过小组合作和老师的指导，课前共制作了3件比较有意思的产品。
加强实验方法指导。
制作收藏仪器证书。准备课堂颁发给学生。
（二）课堂教学过程 ：
①提出探究问题：首先让学生简单谈一下课前探究的结果，引导他们运用“替代法”和“放大法”的科学的方法，进行理论分析。
②分组实验：要求每个人利用一根绳、一支笔、一只手，构造一个三角支架，体验三角支架悬物拉力F的作用效果。
③得出结论：教师引导学生得出结论，并在黑板上画出力的分解的示意图，明确两个分力的大小和方向。
④创新实验展示：精选了3个小组的创新实验方案，逐一展示。
⑤对创新实验进行评价 ：总结问题和亮点。
⑥ 宣布收藏实验仪器：颁发收藏证书，鼓励学生继续探究创新。
附：3个创新实验：
【创新实验1】：如图2
1实验方法：用橡皮筋代替细绳，用海绵代替了横杆。给竖直绳施加拉力，观察橡皮绳和海绵的变化。
2实验现象： 当施加力F时，橡皮绳被拉长，海绵被压缩。
3实验结论：力F有沿绳拉绳和沿杆挤压杆的效果。
【创新实验2】：如图3
1实验方法：用橡皮筋代替细绳，用注射器代替了横杆。给竖直绳施加拉力，观察橡皮绳和注射器的变化。
2实验现象： 当施加力F时，橡皮绳被拉长，注射器向外喷水。
3实验结论：力F有绳向下拉绳和沿杆向里挤压杆的效果
【创新实验3（重点推荐实验）】：
1实验原理：（传感器+ Arduino板+显示器）
如图5所示，在绳端安装了拉力传感器，它受拉力才有示数；而在杆的左端安装了压力传感器，它受压力才有示数。同时还安装了Arduino板和显示器。通过Arduino板的程序设置，将两个传感器的受力在显示器上定量的显示出来。
2实验现象和实验结论：
（1）定性实验：不给竖直绳加拉力，两个传感器的示数都是零；给竖直绳施加拉力F，两传感器均出现读数，这就定性地说明力F有绳向下拉绳和沿杆向里挤压杆的效果。
（2）定量实验：测量挂上100g的砝码，即F=0.98N时，两个分力的情况。
具体做法是先事先量好角度θ、计算出两个分力的理论值， 然后挂上砝码，观察实验读数。并将实验值与理论值进行对照。会发现理论值与实验值高度吻合。证明这套仪器精确度很高。
（3）改变角度实验：调节横杆上的滑块，可以改变角度，重复步骤（2），会发现在不同角度下，实验值和理论值都高度吻合，既证明了力的分解的正确性，又显示出仪器的可靠性。
八、实验创新点
1、本节课的实验方案都是师生自主创新设计的，教材上没有，网上也没有。
2、创新实验1和创新实验2的亮点是采用了“替代法”和“放大法”的设计思想：将斜绳和水平轻杆分别用橡皮筋、海绵和注射器来代替。具有“实验现象明显”、“实验原理简单”、“实验器材常见”、“想象力丰富”等优点。
3、创新实验3是我们重点推荐的实验，它有如下优点：
①构思巧妙，技术先进。 使用了“传感器+ Arduino板+显示器”做实验，可以很好的培养学生注意细节、严谨求实的态度，激发学生对现代科技的兴趣。
②可以方便的改变角度。 巧妙的在水平横杆上加装了滑块和紧固螺丝，从而可以方便的改变角度，很好地培养了学生动手动脑的能力。
③可以进行定量测量。在这之前，几乎所有的传统实验都只是定性的探究拉力F的效果，不能测量两个分力的大小，这可以说填补了一项空白，实现了“零”的突破。
九、实验效果评价
1、本节课的创新实验，化“抽象”为“形象”，顺利突破了教学难点，达成了教学目标。
2、实验教学过程中用到了多种探究方法， 针对同一个问题设计了多个探究方案，精彩纷呈，叹为观止。 很好的培养了学生的发散思维，开阔了学生的眼界。
3、所有实验都是师生自主原创。在原创过程中，充分挖掘出了学生的创新、质疑、自主、合作、动手动脑能力，让学生体验到了探究的成就感，感受了物理和技术的迷人。很好的培养了学生的核心素养。
总体来说，该实验教学设计理念先进，教学方法多样。前期充分调动学生探究的积极性，后期分层次在课堂上进行实验。既有传统实验，也有创新实验；既有有瑕疵的实验，又有原理完善的实验；既有“草根”实验，又有“高大上”的实验。很好地激发了学生的探究创新的热情。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
