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1、绳和滑轮的动态平衡问题一、 使用教材：人教版高中物理必修一第四章第七节二、实验器材：约1米高的铁架台、弹簧测力计（2个）、动滑轮（3个）、钩码（2个）、重锤线、自制量角器（2个）、静力传感器（2个）、细绳若干、自制支架及标线三、教学对象：高一年级学生（或高三年级学生）四、实验设计意图：1.共点力平衡中的动态平衡问题一直是教学中的难点，尤其含有滑轮的动态平衡问题学生理解和掌握起来更加困难。动态平衡问题是考查学生分析、推理能力的重要题型，也一直是高考考查的热点内容。因此掌握分析这种问题的一般方法，在高一新课学习乃至高三物理复习中都有着举足轻重的地位。 2.教材中没有相应的实验器材来演示该类平衡，更
2、没有相应的学生实验。3.为了突破这一教学难点，降低学生学习这个知识的难度，亲身体会这个动态平衡的过程，理解掌握这种平衡问题的规律。五、实验教学三维目标1.知识与技能：会用共点力平衡中绳和滑轮系统的动态平衡规律解决实际问题2.过程与方法：在探究活动中提高学生提出问题，解决问题的能力3.情感态度与价值观：培养学生认真严谨的科学态度及探究创造的心理品质六、实验过程设计及创新（一） 学生实验:1.实验1 图1表1实验1：当两悬点位于同一水平高度，改变两个悬点间的水平距离 示数次数弹簧秤1弹簧秤2绳与竖直方向夹角力的大小绳与竖直方向夹角力的大小123结论2.实验2 图2表2实验2：绳长不变，保持两悬点水
3、平距离不变，改变一个悬点的竖直高度 示数次数弹簧秤1弹簧秤2绳与竖直方向夹角力的大小绳与竖直方向夹角力的大小123结论本套实验的创新处1.纸质量角器，制作容易、成本低、质量小，容易安装在动滑轮上实现了动态平衡中角度的实时测量。2.弹簧测力计简单易得，可以实现学生的分组实验，填补了教材中无动态平衡类学生实验的空缺。（二） 教师演示实验3.实验3:采用静力传感器演示：两点水平间距发生变化时力的大小变化情况图34.实验4:采用静力传感器演示：两点水平间距不变时，改变其中一个悬点的竖直位置，力的大小和力的方向变化情况 图4本套实验的创新处1.采用了静力传感器可以实现力的大小的实时测量，数据采集迅速直观
4、准确度高。2.此实验可以作为教师教学的演示实验，效果非常好。5.实验5:采用定性实验装置演示：当一侧悬点的位置不变，另一悬点缓慢下移时，观察滑轮如何下移，悬点位置不动一侧绳子的位置。图5 本实验创新处：1.该套定性演示实验装置，设置了一条红色标线，利于学生观察实验现象，得到直观感觉，为理论推导搭建了一个台阶，降低了理论推导的难度。2.实验装置轻巧便于携带，可用于教学中的演示实验，效果非常好。（三） 学生理论推导小组交流讨论 理论推导从实验上升至理论，加深学生对此类问题的理解如图6质量为m的重物用一个动滑轮悬挂在细绳上，细绳的两端等高，若保持细绳的长度不变，今将Q缓慢下移一小段距离，仍保持重物静
5、止，则细绳上的张力，两侧绳子与竖直方向的夹角如何变化？ 图6 解析：设悬点水平间距为S，绳长为L两悬点等高时：2F1cos= mg. sin =S/LQ 点下移到Q1的位置时 2F2cos= mg. sin =S/L 则= F1=F2（四）学生讨论并总结规律形成解决此类动态平衡问题的规律从而可以利用规律解决实际问题规律：绳和滑轮动态平衡中，当绳长和悬点的水平距离不变时，只改变一个悬点的竖直高度，两侧绳的拉力大小和方向始终不变。 七学习测评(2019天津高考)如图7所示,轻质不可伸长的晾衣绳两端分别固定在竖直杆M、N上的a、b两点,悬挂衣服的衣架挂钩是光滑的,挂于绳上处于静止状态。如果只人为改变
6、一个条件,当衣架静止时,下列说法正确的是()图7A.绳的右端上移到b,绳子拉力不变B.将杆N向右移一些,绳子拉力变大C.绳的两端高度差越小,绳子拉力越小D.若换挂质量更大的衣服,则衣架悬挂点右移 八实验不足之处1.纸质量角器比较软，悬挂起来平整度欠佳， 给角度的读数带来误差。2.量角器的圆心应该始终与三个力的交点重合，但本实验1中当悬点水平移动时夹角改变了，导致力的交点也变了，以至于量角器的圆心与力的交点不再重合，给角度的测量带来误差。3.静力传感器连接数据线过硬，从而影响了力的角度，导致传感器数值波动。4.当固定夹竖直移动时左右也会出现微小变化，从而影响了力的角度，导致传感器数值波动。九实验效果评价1.学生自己动手组装实验仪器找圆心安装量角器，完成学生实验1和实验2，体验了完整的实验探究过程，提升了学生的实验探究能力。2.学生通过观察实验3实验4和实验5，结合进一步的理论推导和证明，提升了学生的分析问题总结规律的能力。3.本套实验做到了将复杂的物理问题直观化、简单化，有效的突破了绳和滑轮动态平衡这个教学难点，提高了学习效率。第 页
