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《探究二力平衡的条件》实验设计
【实验名称】探究二力平衡的条件
【实验目的】
1.通过探究实验，理解二力平衡的条件；
2.培养学生的观察、分析、归纳和创新能力，以及实事求是的科学态度。
【实验设想】
（一）传统实验简介
在教材中，安排的实验装置及实验步骤如下：
实验装置：
把两个定滑轮固定在实验桌子上；把小车放在光滑的水平桌面上；将细绳系在小车两端，绕在定滑轮上，细绳的下端挂上钩码；
实验步骤：
（1）左右两边加挂砝码，使砝码质量不相等，观察小车是否保持平衡状态；
（2）使左右两边的砝码质量相等，观察小车是否保持平衡状态；
（3）保持左右两边的砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度后释放小车，观察小车小车是否保持平衡状态；
(二)存在的缺陷：
1.忽略了摩擦力对实验结果的影响；
当左右两边的拉力不相等时（F左 < F右），如果小车运动或有相对运动的趋势，就有摩擦力存在，不排除小车做匀速直线运动（平衡状态）的情况，则在水平方向上，小车就受三个力的作用，在三个力的作用下处于平衡状态，即 F左+F摩=F右，F左 < F右，两个拉力并不相等，这就是摩擦力对实验结果的影响。
2.实验在水平桌面上进行，不利于学生观察实验现象，直观性差；
3.教材中，关于“方向相反”是二力平衡的条件之一的实验步骤没有体现；
4.教材中的实验装置，研究对象是小车，不能用来验证一对平衡力必须“作用在同一物体上”。
针对教材实验方案中存在的种种缺陷，我大胆创新，对探究“二力平衡的条件”的实验，进行了重要改进。
（三）创新的措施：
1.将纸片悬挂在支架上，代替小车放在水平的桌面上，可以减少摩擦力对实验结果的影响。
2.将实验平放改为竖放，演示实验时便于学生观察。
3.为了验证两个力“方向相反”也是二力平衡的条件之一，改变右侧拉力的方向，使二力方向相同，进行实验。
4.为了验证“只有作用在同一物体上”的两个力才能平衡，将小纸片剪为两半，使拉力作用在两个小卡片上，进行实验。
【设计实验】
实验器材：铁架台两个，定滑轮两个，一张轻质纸片、砝码、细线、剪刀
实验装置：
一张轻质纸片（越轻越好）作为受力物体，纸片的两个对角分别用细线穿过并结牢，细线的另外两端绕过支架上的定滑轮并挂上钩码（如下图所示），纸片处于平衡状态。
本实验的研究对象是轻质纸片，由于纸片很轻，所受重力很小，相对于钩码的拉力可以忽略不计，那么纸片只受到向左和向右两个拉力的作用。
提出问题：当物体受到两个力的作用而处于平衡状态时，这两个力之间有什么关系？
猜想假设：可能与力的大小、方向、作用点有关。
实验方法：控制变量法：是指物理学中，某一物理量往往受几个不同因素的影响，为了确定各个不同因素与这个物理量的关系，每一次只改变其中的一个因素，而控制其余几个因素不变，分别加以研究，最后再综合解决，这种方法叫控制变量法。
【进行实验】
1.细线两端分别挂上质量不相等的钩码，松手的瞬间，观察纸片是否保持平衡状态；
2.使左右两边的钩码质量相等，观察纸片是否保持平衡状态；
3.改变右侧拉力的方向，使它与向左的拉力方向相同，等同于纸片受到两个向左的拉力，松手，观察纸片是否保持平衡状态；
4.两边分别挂上质量相等的钩码，将纸片旋转一个角度，使两个力不在一条直线上，松手，观察纸片是否处于平衡状态；
5.两边分别挂上质量相等的钩码，将纸片剪成两半，使拉力作用在两个小卡片上，松手，观察纸片是否处于平衡状态.
现象记录：
把实验条件和实验现象填在下边的表格中。
| 实验 | 物体在水平方向所受二力的情况 | 是否作用在
同一物体上 |
平衡状态
是否改变 |
||
| 大小 | 方向 | 是否在一条直线上 | |||
| 一 | 不相等 | 相反 | 在同一条直线上 | 是 | 改变 |
| 二 | 相等 | 相反 | 在同一条直线上 | 是 | 不改变 |
| 三 | 相等 | 相同 | 在同一条直线上 | 是 | 改变 |
| 四 | 相等 | 相反 | 不在同一直线上 | 是 | 改变 |
| 五 | 相等 | 相反 | 在同一条直线上 | 否 | 改变 |
【整理器材】
【实验结论】 二力平衡的条件是：两个力必须___ ______、_____ ________、______________、________________。
【改进效果】
1.用小纸片悬挂起来代替水平桌面上的小车做实验，客观上排除了摩擦力对实验的影响，学生理解起来更容易一些。
2.将实验由平放改为竖放，演示实验时，便于学生观察。
- 改变右侧拉力的方向，使二力方向相同，可以很直观地演验证“二力方向相反”是二力平衡的条件之一；
4.将小纸片一剪两半，使拉力作用在两个小纸片上，很直观地验证了二力平衡必须作用在同一物体上；
最后总结出二力平衡的条件：大小相等；方向相反；作用在同一物体上；作用在同一条直线上。
总之，通过改进，实验的效果明显，完成了预定的实验任务。
