八年级下册物理《探究二力平衡的条件》实验

《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。

3. 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。