利用自制教具为“探究求合力的方法”保驾护航

矢量的合成与分解必须采用平行四边形定则，准确掌握和理解这个定则是我们学好高中物理的“基本功”，实验是物理学科的精髓，它能使学生对知识的理解从抽象上升到具体，从感性上升到理性，进而降低学习难度，为了让学生对知识有更好地理解和掌握，做好实验就显得至关重要。

高中物理实验“探究合力与分力间的关系”，人教版采用的是如图1所示的装置，实验步骤如下：(1)橡皮筋一端固定在A点，用两弹簧秤通过细绳套拉橡皮筋，当橡皮筋与细绳结点拉至某一位置时，记录结点O所在位置及两力F1、F2的大小和方向，(2)用一弹簧秤拉橡皮筋，使结点至同一位置，记录力F的大小和方向，(3)通过力的图示来研究F1、F2和F之间的关系，(4)改变F1、F2的大小和方向，重复上述实验，此装置简单，适用性强，适合学生实验使用，若作为教师在课堂上做演示实验用则有些不方便，且弹簧测力计读数可视性稍差。

实际教学中，笔者采取了以下方式处理：利用课余时间，自制演示实验教具如图2(a)所示，教具中主要有红白相间的三铁片，三铁片有一端固定在O点，实验中竖直的铁片固定不动，其余两铁片的另一端与滑轮相连，滑轮可在两弧形槽内任意移动，此种做法实现了合力与分力均为整数的可能，演示实验中不需要弹簧秤，这使演示实验在可视性上得到了较大改观，为了方便记录力的大小，铁片上均安装有一可自由移动的带箭头的小磁铁，如图2(b)，考虑到橡皮筋易断，笔者采用一小弹簧替代橡皮筋，小弹簧的上端固定在一螺钉上，螺钉可在竖直槽内上下移动，如图2(b)，槽边缘刻度表示用一个力作用在小弹簧上时，弹簧下端结点拉伸到固定点O对应钩码的数量，演示实验具体步骤如下：(1)把螺钉移至相应位置后固定(如第5个点上)，(2)如图2(c)，仅在一根细绳套上挂上相应的钩码数(如5个)，微调螺钉位置，使弹簧下端结点正好处于固定点O，把竖直铁片上带箭头的小磁铁移至相应的位置，记录钩码的数量，(3)如图2(a)，两细绳跨过滑轮后挂上适当钩码(比如均挂3个)，调节两滑轮位置，使弹簧下端结点重新回到O点，把两带箭头小磁铁移至相应位置，分别记录两对应钩码的数量，(4)取下钩码，引导学生观察分力与合力间的关系，把两白铁片放在表示分力与合力箭头的小磁铁上，如图2(d)，再次引导学生观察，(5)改变两细绳跨过滑轮时所挂钩码数(两边所挂钩码数可以不同)，重复(3)以后步骤，(6)必要时可改变螺钉位置，重复以上步骤。

实验中，学生通过铁片围成的图形很容易猜测到合力与分力间满足平行四边形定则，进行误差分析时，引导学生提出因铁片存在一定的宽度，不能很好地表示出力的方向，实验的准确性和可靠性受到一定影响，教师进一步提出问题：(1)为使实验更准确，如何表示力的大小和方向，(2)当分力或合力不是整数时，如何改变操作方法，在问题引领下，学生过渡到人教版的实验可谓是水到渠成，之后，学生利用课本上的实验进一步探究合力与分力间的关系，从“细”方面入手进一步验证平行四边形定则成立。

物理学是一门实验科学，物理学中每一个概念、规律的发现和确立主要依赖于实验，演示实验可培养学生的观察能力，但却不能很好地培养学生的动手能力、收集和处理数据能力以及交流和合作等能力，因此在本节课中，笔者采取了演示实验和学生实验相结合的方式，把演示实验的粗枝大叶和学生实验的精益求精巧妙结合，首先本演示实验可视性好，可操作性强，节省了较多的时间，学生有充裕的时间完成学生实验，其次本节课中的演示实验和学生实验不论是在仪器选择上、方法操作上还是在数据处理上，采取的是两种完全不同的实验风格，这样避免了学生机械式的训练，有利于学生学习兴趣的维持和学习主动性的发挥，实验教学中，学生经历了观察——猜想——实验验证这一过程，体会到科学的研究方法和求真务实的科学态度，实现了知识、能力与情感态度的共增长。