探尋力量與美：《二力平衡》教學(xué)設(shè)計(jì)

溫劍飛

摘要：力量與美，美與平衡，平衡與力是自然界和諧統(tǒng)一的表現(xiàn)，如何破解其中的神秘，如何把復(fù)雜問(wèn)題轉(zhuǎn)化為簡(jiǎn)單模型，如何把自然界的物理現(xiàn)象分解為最本質(zhì)單一的物理知識(shí)，本文的教學(xué)設(shè)計(jì)提供了一種思路：從感受力量與美出發(fā)，剖析美與平衡的本質(zhì)，從而感受到力量的神奇、物理的美.

關(guān)鍵詞：二力平衡；教學(xué)設(shè)計(jì)；力量與美；美與平衡

1教材學(xué)情分析：

生活中許多“力量之美”的畫面都是平衡力造就的，力與平衡也是自然界和諧統(tǒng)一的一種規(guī)則.從最簡(jiǎn)單的二力平衡著手，符合學(xué)生的認(rèn)知特點(diǎn)和探索規(guī)律.學(xué)生已具備較強(qiáng)的探究能力，因此二力平衡的條件探究要從觀察不同位置的平衡狀態(tài)開(kāi)始，進(jìn)行全面探究，對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行方案設(shè)計(jì)時(shí)，教師要引導(dǎo)學(xué)生根據(jù)實(shí)驗(yàn)任務(wù)單的方向進(jìn)行，這樣才能對(duì)開(kāi)放實(shí)驗(yàn)進(jìn)行調(diào)整和掌控.

2教學(xué)目標(biāo)：

（1）依據(jù)生活經(jīng)驗(yàn)認(rèn)識(shí)平衡力和平衡狀態(tài)的概念，會(huì)判斷物體受到的力是否為平衡力.

（2）經(jīng)歷探究二力平衡條件的實(shí)驗(yàn)過(guò)程，歸納、總結(jié)出結(jié)論.培養(yǎng)交流、合作精神.

（3）會(huì)利用二力平衡的知識(shí)分析解決實(shí)際問(wèn)題.

（4）體會(huì)和感知力量的美、平衡的美、物理的美.

3教學(xué)重點(diǎn)

（1）探究二力平衡的條件；

（2）二力平衡的應(yīng)用；

4教學(xué)難點(diǎn)

（1）探究二力平衡的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)；

（2）二力平衡知識(shí)的應(yīng)用.

5教學(xué)準(zhǔn)備

自制力的平衡演示儀及“平衡術(shù)”、雞蛋、滑輪、鐵架臺(tái)、細(xì)繩、鉤碼、撲克牌、彈簧測(cè)力計(jì)、橡皮筋、牙簽.

6教學(xué)設(shè)計(jì)

61導(dǎo)入新課

（1）觀看《挑戰(zhàn)不可能》視頻（在懸空的畫框中平衡摩托車），如圖1，提問(wèn)：你體會(huì)到嘉賓說(shuō)的美是一種什么美？

（2）如圖2，學(xué)生體驗(yàn)在桌面上立生雞蛋.（說(shuō)明：雞蛋的處理方法，提前一天把新鮮的生雞蛋大頭朝下立在蛋托上，這樣可以保證約50%的雞蛋能快速立在桌面上.）

設(shè)計(jì)意圖：通過(guò)感知和體驗(yàn)，讓學(xué)生體會(huì)到力量的美、平衡的美、神奇的力量，從而切入課題.

62師生共探新知

雞蛋靜止在桌面上，摩托車靜止在像框中，它們的狀態(tài)沒(méi)有改變，我們把這種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變的情況稱為平衡狀態(tài)，還有哪種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)屬于平衡狀態(tài)？（勻速直線運(yùn)動(dòng)）聯(lián)系牛頓第一定律，物體在什么情況下處于平衡狀態(tài)？（不受力時(shí)）

提問(wèn)：雞蛋靜止在桌面上，摩托車靜止在像框中受力嗎？受什么力？歸納：處于平衡狀態(tài)的物體可以是受力的，生活中的某些物體甚至受到多個(gè)力的作用，展示自制教具，如圖3：三根橡皮筋拉著撲克牌.（撲克牌的重力忽略不計(jì)）

提問(wèn)：撲克牌是否處于平衡狀態(tài)？受到多少個(gè)力的作用？ 為什么可以保持靜止?fàn)顟B(tài)？（引導(dǎo)學(xué)生與“不受力”進(jìn)行類比，易得出：三個(gè)力相互抵消，合力為零）小結(jié)：此種情況，稱之為：受平衡力.

追問(wèn)：如果把其中一個(gè)力撤銷，撲克牌還能保持平衡狀態(tài)嗎？學(xué)生觀察剪斷任意一根橡皮筋的情況，如圖4.（設(shè)計(jì)兩個(gè)位置一樣的撲克牌，剪斷一個(gè)后形成對(duì)比實(shí)驗(yàn)）

再追問(wèn)：剪斷后停下來(lái)的撲克牌處于平衡狀態(tài)嗎？受幾個(gè)力的作用？歸納：這就是二力平衡的狀態(tài).如圖5，觀察三張?zhí)幱诙ζ胶獾膿淇伺疲孪攵ζ胶庖獫M足哪些條件？學(xué)生易觀察出（1）兩個(gè)力大小要相等；（2）方向要相反.（學(xué)生如有困難，引導(dǎo)學(xué)生思維指向力的三要素）對(duì)于方向相反，引導(dǎo)學(xué)生觀察如圖6，特別是C圖（F1水平向左，F(xiàn)2水平向右）與A圖對(duì)比，得出猜想（3）兩個(gè)力要作用在同一條直線上.

設(shè)計(jì)意圖：教學(xué)內(nèi)容的呈現(xiàn)由淺入深、由現(xiàn)象到本質(zhì)，用實(shí)驗(yàn)事實(shí)說(shuō)話，按學(xué)生的最近發(fā)展區(qū)設(shè)計(jì)，水到渠成.

63探究與展示

因橡皮筋不方便測(cè)量力的大小，展示探究的實(shí)驗(yàn)裝置（如圖7），用鉤碼給紙片提供兩個(gè)拉力（撲克牌的重力忽略不計(jì)）.學(xué)生根據(jù)《實(shí)驗(yàn)任務(wù)單》（表1）分組討論實(shí)驗(yàn)方案，并進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)，記錄實(shí)驗(yàn)結(jié)果.學(xué)生用的探究撲克牌，要呈現(xiàn)平衡的多樣性，如圖8所示.

學(xué)生展示匯報(bào)探究過(guò)程及結(jié)果.（實(shí)驗(yàn)演示時(shí)注意，改變受力情況前先把撲克牌按在演示盤上，改變實(shí)驗(yàn)條件后再放手，觀察撲克牌的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是否改變？）老師補(bǔ)充實(shí)驗(yàn)，用剪刀把撲克牌一剪為二，引導(dǎo)得出兩個(gè)力要作用在同一物體上.歸納出二力平衡的四個(gè)條件：同體、等大、反向、共線.并進(jìn)行即時(shí)練習(xí).

設(shè)計(jì)意圖：二力平衡的探究一定要按照控制變量法進(jìn)行，所以對(duì)教材上的表格進(jìn)行了優(yōu)化，并增設(shè)了實(shí)驗(yàn)對(duì)照組，學(xué)生按此任務(wù)單進(jìn)行探究，確保了有理、有序、有據(jù).

64知識(shí)應(yīng)用

例：如圖9所示，三個(gè)質(zhì)量相同的物體分別受到豎直向上的拉力作用，處于不同的狀態(tài)：甲靜止，乙以5m/s的速度向上做勻速直線運(yùn)動(dòng)，丙以5m/s的速度向下作勻速直線運(yùn)動(dòng).則F甲、F乙、F丙的大小關(guān)系是（）

A.F甲=F乙=F丙

B.F甲

C.F乙>F甲>F丙

D.F丙>F甲>F乙

教學(xué)中用以下實(shí)驗(yàn)（如圖10）來(lái)突破難點(diǎn)，分別演示例題中的三種情況.并對(duì)該題進(jìn)行拓展延伸：起重機(jī)以1m/s的速度勻速吊起一個(gè)重物，鋼絲繩對(duì)重物的拉力是6000N.若起重機(jī)吊著這個(gè)物體以2m/s的速度勻速下降，這時(shí)鋼絲繩對(duì)重物的拉力是（）

A.12000NB.6000NC.3000ND.無(wú)法判定

設(shè)計(jì)意圖：體現(xiàn)物理與生活的關(guān)系，用新知識(shí)解決生活中的疑惑.也借用此例題及實(shí)驗(yàn)來(lái)說(shuō)明勻速直線運(yùn)動(dòng)也屬于平衡狀態(tài)，二力平衡的四個(gè)條件亦適用于勻速直線運(yùn)動(dòng).

65歸納升華

提問(wèn)：回歸到立雞蛋的體驗(yàn)，立雞蛋過(guò)程中（挑戰(zhàn)者對(duì)摩托車）不斷進(jìn)行調(diào)整，調(diào)整的目的是什么？（使兩個(gè)力作用在同一條直線上），二力平衡知識(shí)是能否成功立起雞蛋的條件之一.

再提問(wèn)：如果一個(gè)物體只受到重力的作用，能懸浮在空中嗎？趣味魔術(shù)表演，（牙簽被細(xì)小的橡皮筋支持著）如圖11.每組學(xué)生提供一個(gè)信封，信封內(nèi)裝有表演器材，學(xué)生打開(kāi)信封，自行揭秘，并表演給大家看.

如圖12，生活中很多美的場(chǎng)景、《出彩中國(guó)人》中的“疊石表演”都運(yùn)用了二力平衡的知識(shí)，讓我們體會(huì)到永恒的靜止之美，平衡之美，物理也是美的.

7教學(xué)反思

（1）教材中探究二力平衡條件的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，稱之為“實(shí)驗(yàn)原型”，“實(shí)驗(yàn)原型”有著不可替代的作用，但隨著實(shí)驗(yàn)的開(kāi)放及創(chuàng)新實(shí)驗(yàn)的開(kāi)發(fā)，對(duì)“實(shí)驗(yàn)原型”口誅筆伐的現(xiàn)象比比皆是，筆者認(rèn)為這是對(duì)“實(shí)驗(yàn)原型”極不尊重的現(xiàn)象.任何實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)都有其優(yōu)缺點(diǎn)，對(duì)“實(shí)驗(yàn)原型”的正確觀點(diǎn)應(yīng)該是“揚(yáng)棄”.所以本節(jié)課在課后練習(xí)中設(shè)置了與教材中的實(shí)驗(yàn)裝置一樣的練習(xí)題，有助于學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)多樣化的理解.

（2）無(wú)論是教材中的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)還是本節(jié)課的設(shè)計(jì)，定滑輪改變了力的方向都對(duì)實(shí)驗(yàn)有一定的干擾，教學(xué)中要注意引導(dǎo)和規(guī)避.