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〕、细绳假设干、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。动态平衡问题是考察学生分析、推理才能的重要题型，也一直是高考考察的热点内容。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，更没有相应的学生实验。
3.为了打破这一教学难点，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，
让球是什么意思理解掌握这种平衡问题的规律。
五、实验教学三维目的
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共享文件如何加密
2.过程与方法：在探究活动中进步学生提出问题，解决问题的才能
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：当两悬点位于同一程度高度，改变两个悬点间的程度间隔 | ||||
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 | |
1 | ||||
2 | ||||
3 | ||||
结论 | ||||
2.实验2
图2
表2
实验2：绳长不变，保持两悬点程度间隔 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 | |
1 | ||||
2 家庭主要成员和主要社会关系 | ||||
3 | ||||
结论 | ||||
本套实验的创新处
1.纸质量角器，制作容易、本钱低、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）老师演示实验
3.实验3:
采用静力传感器演示：两点程度间距发生变化时力的大小变化情况
图3
4.实验4:
采用静力传感器演示：两点程度间距不变时，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，数据采集迅速直观准确度高。
性格解析2.此实验可以作为老师教学的演示实验，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。
妇女节年龄（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，假设保持细绳的长度不变，今将Q缓慢下移一小段间隔 ，仍保持重物静止，那么细绳上的张力，两侧绳子与竖直方向的夹角如何变化？
图6
解析：设悬点程度间距为S，绳长为L
两悬点等高时：2F1cosα= mg.
sin α=S/L
Q 点下移到Q1蕲怎么读的位置时
2F2cosβ= mg.
sin β=S/L
那么α=β 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，当绳长和悬点的程度间隔 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
(2021·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。假如只人为改变一个条件,当衣架静止时,以下说法正确的选项是( )
图7
A.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.假设换挂质量更大的衣服,那么衣架悬挂点右移
<通过2021年天津高考题，检验本节课学习效果>
八．实验缺乏之处
1.纸质量角器比拟软，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中当悬点程度挪动时夹角改变了，导致力的交点也变了，以致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.当固定夹竖直挪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圆心安装量角器，完成学生实验1和实验2，体验了完好的实验探究过程，提升了学生的实验探究才能。
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才能。
3.本套实验做到了将复杂的物理问题直观化、简单化，有效的打破了绳和滑轮动态平衡这个教学难点，进步了学习效率。
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