初中物理二力平衡教学设计(通用10篇)
一、学情分析
本次课所执教班级为公办学校的普通班级,学生的知识基础比较薄弱,动手实验能力也很欠缺,再加上本次上课时借班上课,老师和学生之间还不熟悉。
针对这样的一些情况,在教学设计中,采用了层层递进,逐步深入的办法,以视频引入,通过分析,提出:物体受到力,就能一定能平衡吗?受到两个力的作用一定能平衡吗?建立起二力平衡的概念,激发学生探究“二力平衡的条件”的兴趣。接着,通过提出猜想、教师逐步引导,学生合作实验,交流、总结出静止物体二力平衡的条件。通过学生手提物体感受匀速直线运动二力大小的关系,然后教师运用DIS位移传感器演示,证明电动机是在匀速提升钩码,最后学生进一步借助电动马达提升钩码来探究,最后在自主观察、分析的过程中归纳得出匀速直线运动物体二力平衡的条件。
二、学习目标
1、知识与技能
(1)知道物体的平衡状态。(2)理解二力平衡的条件。
2、过程与方法
经历探究二力平衡条件的过程,认识用图像来分析物理问题的方法,感受猜想、分析、归纳等思维方法。
3、情感、态度与价值观
(1)在实验中互相配合,培养合作学习的精神。
(2)在对物体做匀速直线运动的验证过程中,体验数字信息技术的发展给学习带来的变革,养成严谨的科学态度。
三、教学重点和难点
重点:二力平衡的条件。
难点:理解物体做匀速直线运动时两力大小相等。
四、实验器材
1、学生实验器材(每四人一套):支架、电动机、钩码、弹簧测力计、带细线的扑克牌、剪刀、白纸。
2、演示实验器材:DIS实验器材、电动机、钩码、弹簧测力计。
五、教学示例
1、引入新课
播放视频,引入新课。(播放一段拔河比赛的视频。)
2、新课
大家阅读教材71页第一自然段。
物体的平衡状态指的是物体处于静止或匀速直线运动状态,提出:物体受到力,就能一定能平衡吗?受到两个力的作用一定能平衡吗? 静止是一种平衡状态,那么,处于静止状态的物体所受到的两个力需要满足什么样的条件呢?
学生实验1
处于静止状态的物体,所受两个力的关系。所用实验器材:扑克牌、弹簧测力计、细线。(实验前交代)
将两只弹簧测力计挂在扑克牌两角上的细线,轻轻用力向两边拉,注意观察当扑克牌静止时,两只弹簧测力计的示数,以及两个力的方向。(在白纸上画出力的方向、标出力的大小)
将扑克牌旋转一个角度,然后向两边拉弹簧测力计,观察扑克牌将会发生什么的现象? 通过教师逐步引导,学生合作实验,交流、总结出静止物体二力平衡的条件。
利用活动让学生亲身感受:用弹簧测力计提钩码使其匀速运动,初步感受两力大小的关系。学生实验2 用弹簧测力计匀速(缓慢)提升钩码,再缓慢下降,注意观察弹簧测力计示数在钩码的上升过程中和下降过程中是否变化。
实验器材:弹簧测力计、钩码。
(小组实验后,有的说看上去好像示数不变,有的说示数发生变化等等)
我们手提钩码时很难做到匀速直线运动,接下来老师用DIS实验系统来就行实验,我们知道,做匀速直线运动的物体的路程—时间图像时一条过原点的倾斜直线,所以钩码的运动可以近似看作匀速直线运动。
DIS演示实验
实验表明,做匀速直线运动的物体受到的两个力的小始终是相等的,与物体的速度及运动方向无关。学生实验3 用电动机提升钩码,看看在钩码上升过程中弹簧测力计示数是否发生变化?
综合以上,得出二力平衡的条件。即:作用在同一物体上的两个力,当它们的大小相等,方向相反,作用在同一直线上时,物体才能保持平衡状态。
想想看,这两个力的合力是多少呢?(5)小结
师生共同回顾本节课所学内容,并回过头来看看新课开始之前对有关二个力中间的关系,进行改正,巩固所学知识。
3、布置作业
完成《课本》P74思考与练习1、2、3。
4、板书设计
3.5二力平衡
一、平衡状态:①静止②匀速直线运动 二、二力平衡的条件
作用在同一个物体上 大小相等 方向相反 作用在同一条直线上
三、处于平衡状态物体的合力:F合=0牛
六、教学反思
经过本节课的上课,觉得有些地方做的比较满意,基本实现了设定的教学目标;但是虽然准备的很充分,但是课后仔细想来,还有很多地方可以改进。当然。总的来说有以下几点:
1.实验器材的选择上,觉得还是比较满意的。采用了机器人实验室的器材,实验效果还是比较明显的,能够较好地说明做匀速直线运动的物体的二力平衡的条件; 2.在教学设计上,考虑到应用DIS实验系统,演示做匀速直线运动物体的S-t图像,形象、直观。3.在学生做实验前,教师对实验中的一些操作方法或注意事项交代的不够具体、明确,对于所执教班级的学生来说,做实验还是有一定难度的,导致有些学生在进行实验时,不知如何操作,或者是错误操作,导致课堂时间被耽误,教学任务的完成也受到了一定的影响;
一、适当还原物理概念建立的缘起, 让认知从感性升华到理性
【教学片段1】建立“平衡状态”的概念
观察与思考:图1所示的物体各处于怎样的状态?它们分别受到哪些力的作用?
学生交流:花瓶和叠石处于静止状态, 列车和货物处于匀速直线运动状态.
学生展示:各物体所受的力, 如重力、拉力等.
教师小结:平衡状态——静止或匀速直线运动状态
二力平衡——在两个力的作用下处于平衡状态
本活动从观察实际现象切入, 对教材中四个场景中物体的运动状态和受力情况进行分析, 建立起二力平衡的概念, 为探究二力平衡的条件做好铺垫.此环节尽管关注了学生“从生活走向物理”的感性体验, 但在思维层面上“平衡状态”的概念仍有几分“空降”的色彩.科学素养的提升仅仅依托于体验是远远不够的, 没有理性思维导引的体验注定是低效的, 甚至是低层次的.为什么要建立平衡状态概念?凭什么将静止、匀速直线运动这两种运动状态合二为一?这些质问的缺失或回避, 在一定程度上丧失了物理概念建构过程中发展学生思维品质的宝贵契机.
概念是通过使用抽象化的方式从一群事物中提取出来的反应其共同特性的思维单位.欲将静止、匀速直线运动整合为平衡状态, 教学过程中就有必要回溯两者有何共同特征, 提供何种素材才有利于学生提取其共同特征.
【优化建议】
观察与思考:在教材呈现的四个情景基础上补充更多运动形态的背景素材, 如加速下落的苹果、减速进站的列车、绕地球转动的卫星等.
学生归纳:运动状态可以分为两大类:一类运动状态在发生变化, 另一类运动状态不变.
教师追问:哪些运动情形下物体的运动状态不发生变化?
学生小结:静止或匀速直线运动, 据此建立平衡状态的概念.
学生举例:生活中其他常见的二力平衡现象.
厘清物理概念建立的缘由, 是使学生认知从感性发展到理性的关键, 是后续学习中能准确解读反映物理概念间关系的物理规律的前提.
二、准确界定物理规律适用的范畴, 使认知从片面发展为全面
【教学片段2】探究二力平衡的条件
学生实验:按如图2所示的方法分步骤探究, 观察松手后卡片能保持静止吗?
学生归纳:二力平衡的条件——作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反, 且作用在同一直线上.
本活动的目的是引导学生通过自主探究得出二力平衡的条件, 由于力的多个要素都会影响二力是否平衡, 因此采用控制变量法分步探究.笔者仔细查阅了人教、北师大、沪科、苏科等版本教材的本节内容编排, 可能考虑到时空、可操作性等制约因素, 与本课例一致, 均只探究了静止状态下的二力平衡条件.笔者观摩发现, 只有极个别教师在课堂教学中关注了匀速直线运动下的二力平衡条件, 但基本都以匀速难以实现或时间所限等理由回避了探究.不少评优课只视提供给学生更多的活动机会为成功, 而不去关注物理知识建构能不能完成、物理思维能否提高, 理由是新课程提倡“改变学科本位”, 只要学生有收获就是成功的课堂, 这是对课程理念的一种曲解, “改变学科本位”不等于抛弃学科特征, 而是以提高科学素养为目的建立科学的本位观.[2]囿于经验或囿于教材, 都无法推动课程改革向纵深发展.由静止得出的二力平衡条件适用于匀速直线运动状态吗?教材中的“大量实验表明”, 你能否设计一二并佐证之?如此追问, 奈何回避!
【优化建议】
教师追问:匀速直线运动下的二力平衡仍满足大小相等、方向相反, 且作用在同一直线上吗?如何设计实验进行验证?需要哪些器材?
学生讨论:弹簧测力计挂着钩码, 先保持静止, 再粗略地做匀速直线运动, 观察弹簧测力计示数是否基本保持不变.
学生展示:
学生归纳:示数基本不变, 做匀速直线运动的物体也满足二力平衡条件, 且平衡力的方向与运动方向无必然联系.
教师小结:静止或匀速直线运动下的物体所受力均满足平衡条件, 反言之, 平衡力不改变物体的状态.
如此改进, 更有利于学生在“力与运动”的章节背景下全面深刻认识二力平衡的条件, 即平衡力不改变物体运动状态 (物体将保持静止或匀速直线运动状态) .笔者注意到2011版课标对课程基本理念做了如下修订:将“注重全体学生的发展, 改变学科本位的观念”, 修订为“面向全体学生, 提高学生科学素养”.这一修订势必将指引广大物理教师更加关注物理学科特点, 更加严谨地设计教学活动来重演物理规律的建构过程, 使学生的认知从片面走向较为全面, 使每个学生学习科学的潜能得到发展.
三、适时开展评估, 使认知从表象延伸至内核
【教学片段3】测量滑动摩擦力的不同方案比较教师呈现:甲方案:在水平实验桌面上将木板用线拉住, 通过弹簧测力计沿木板方向水平拉木块, 使木块在木板上面滑动.
乙方案:将木板放在水平实验桌面上, 用线通过弹簧测力计水平地拉住木块, 沿木板方向水平拉木板, 使木板在木块下面滑动, 如图4.
教师提问:请同学们对比分析两个方案在操作上和误差上的优劣.
学生: (陷入茫然……)
本活动缺失对实验原理的剖析, 单纯地从操作过程或输出终端评估实验方案, 仅仅从表象出发恐怕难以触及物理的内核.何不基于体验, 引导学生再度审视实验原理, 在对话中完成对方案的评估和优化?大可不必直接同时陈列出两个方案, 让学生茫然对比“选购”.
【优化建议】
教师提问:同学们在按甲方案测量滑动摩擦力时, 有何困惑?
学生:很难控制匀速拉动, 示数不稳定难以读数.
学生补充:不匀速拉动的话, 二力就不平衡, 摩擦力就不等于拉力.
教师追问:如此一来, 必然存在较大误差.本实验的原理是二力平衡, 操作中匀速难以实现, 还有别的状态仍满足二力平衡吗?
学生:静止的物体也可以二力平衡.
教师追问:静止的物体可以受到滑动摩擦力吗?
学生思索片刻后答:可以的, 木块静止, 拉动木板, 这样木块相对木板运动就受到滑动摩擦力.
学生合作体验:一名同学用弹簧测力计固定住木块, 另一名同学水平拉动木板, 观察弹簧测力计示数大小及稳定情况.
学生评估:改进后, 示数稳定便于读数, 误差小, 而且不必匀速拉动木板.
适时适度地在课堂教学中开展评估活动, 既有利于加深学生对相关物理概念或规律的理解, 又能发展学生的探究能力和思维品质.2011版课标对评估能力提出了以下基本要求:有评估探究过程和探究结果的意识;能关注探究活动中出现的新问题;有从评估中吸取经验教训的意识;尝试改进探究方案;了解评估在科学探究中的意义.[1]教学实践中, 教师要牢牢抓住探究目的和实验原理这条主线, 围绕方案的变量控制、可操作性、误差大小、数据处理等方面有效引导学生开展评估, 使认知从表象延伸至内核.
学生科学素养的提高离不开观察、实验等科学体验, 更离不开假设、建模、评估等批判性思维.从提高学生科学素养的视角去反思和优化我们的教学实践, 既可以有效地促进学生的学业进步和全面发展, 又可以改进教学工作, 促进教师的专业成长, 使物理课上出“科学味”.
参考文献
[1]中华人民共和国教育部.义务教育物理课程标准 (2011年版) [S].北京:北京师范大学出版社:2011.
物体在受到两个力(或几个力)作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,就说这两个力(或几个力)平衡。
例1 如图1是投掷实心球的场景。下列情况中实心球受到平衡力作用的是()
A.实心球在空中上升
B.实心球从空中下落
C.实心球在地上越滚越慢
D.实心球停在地面上
解析 从图1中可以看出,选项A、B实心球在空中上升、下降时做曲线运动,选项C实心球做减速运动,只有选项D实心球停在地面上保持静止状态,此时受到平衡力的作用,故本题正确选项是D。
点评 上面表述中,在“静止状态”与“匀速直线运动状态”间用的是“或”字,即物体的平衡状态有两种,一个物体在平衡力的作用下,既可能保持静止状态,也可能保持匀速直线运动状态。而物体到底保持两种平衡状态中的哪一种,关键取决于物体原来的运动状态,原来静止的物体,在平衡力的作用下,仍保持静止状态;而原来运动的物体,在平衡力的作用下,会保持匀速直线运动状态。
二、悉心体会二力平衡的实验技巧
例2 如图2甲是小华同学探究二力平衡条件时的实验情景。
(1)小华将系于小卡片(重力可忽略不计)两对角的线分别跨过左右支架上的滑轮,在线的两端挂上钩码,使作用在小卡片上的两个拉力方向__________,并通过调整__________来改变拉力的大小。
(2)当小卡片平衡时,小华将小卡片转过一个角度,松手后小卡片____(选填“能”或“不能”)平衡。设计此实验步骤的目的是为了探究______________________________________。
(3)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,在图甲所示情况下,小华下一步的操作是:_______________________________________。
(4)在探究同一问题时,小明将木块放在水平桌面上,设计了如图2乙所示的实验,实验时,小明发现当向左盘和右盘同时加入一个相等重量的砝码时,木块处于静止状态。此时木块在水平方向受到两个力的作用,这些力是平衡的。小明再把右盘中的砝码换成一个较重的砝码后,发现木块仍然处于静止状态,出现这种现象的原因是__________,这时木块在水平方向受到的力__________(填“平衡”或“不平衡”)。要避免这种现象产生,请你对该实验装置提出改进意见:________________________________________。
(5)同学们认为小华的实验优于小明的实验,其主要原因是()
A.减少摩擦力对实验结果的影响
B.小卡片是比较容易获取的材料
C.容易让小卡片在水平方向上保持平衡
D.小卡片容易扭转
解析 (1)两个钩码由于重力通过绳子对小卡片施加了两个相反方向的拉力,拉力的大小等于钩码的重力,钩码的数量越多,拉力就越大,因此通过调整钩码数量来改变拉力的大小。
(2)将小卡片转过一个角度,因两个拉力不在同一条直线上,因此松手后小卡片不能平衡。设计此实验步骤的目的是为了探究不在同一条直线上的两个力能否平衡。
(3) 为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,可以将小卡片一刀剪成两半,使拉力作用在两个小卡片上。
(4)当右盘中的砝码换成一个较重的砝码时,木块受到向左的摩擦力;若发现木块仍然处于静止状态,这时木块在水平方向受到的力仍平衡;要避免这种现象产生,将木块换成小车,减小与桌面之间的摩擦力。
(5) 从上面分析可知,应减少摩擦力对实验结果的影响,故本小题正确选项是A。
三、全面掌握二力平衡的四个条件
二力平衡的条件:作用在同一物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且作用在同一条直线上,这两个力就彼此平衡。简而言之,判断两个力是不是一对平衡力,要看两个力是否同时满足“同物、等大、反向、共线”四个条件,四个条件缺一不可。
例3 一个物体同时受到两个力的作用,这两个力的三要素完全相同,那么这两个力( )
A.一定是平衡力 B.可能是平衡力
C.一定不是平衡力 D.无法判断
解析 力的三要素是指力的大小、方向和作用点。当两个力的三要素完全相同,则这两个力大小相等、方向相同、两力的作用线重合,显然方向相同的两个力不可能成为平衡力,所以本题中两个力一定不是平衡力,故本题正确选项为C。
需要特别注意的是,等大、反向、共线的两个力不一定是一对平衡力,如果这两个力分别处在相互作用的两个不同的物体上,是一对相互作用力。
为方便同学们辨别,现将平衡力与相互作用力区分如下:
■
例4 物理课本放在水平桌面上,下列各对力中属于平衡力的是()
A.书受到的重力和书对桌面的压力
B.书对桌面的压力和桌面对书的支持力
C.书受到的重力和桌面对书的支持力
D.书对桌面的压力和桌子受到的重力
解析 选项A中的两个力,不符合“同物”“反向”两个条件;选项D中的两个力,不符合“反向”条件;选项B中的两个力不符合“同物”条件,因此都不属于一对平衡力。只有选项C中的两个力,同时满足二力平衡时的“同物、等大、反向、共线”四个条件,故本题正确选项是C。
四、灵活应对二力平衡的变换题型
若物体在两个力作用下处于静止或匀速直线运动状态,则二力为一对平衡力,若已知其中一个力的大小和方向,则可确定另一个力的大小和方向。
例5 一木块受到大小均为12 N的一对平衡力作用而做匀速直线运动,如果这对平衡力的大小突然同时减小到10 N,则木块( )
A.速度将会减小到原来的一半
B.按减小后的速度做匀速直线运动
C.仍按原来的速度做匀速直线运动
D.停止运动,处于静止
解析 一对平衡力如果它们的大小突然同时减小到10 N,仍保持相等,则仍然是一对平衡力,那么原来运动的物体,在平衡力的作用下,还会保持原来的匀速直线运动状态。保持原来的匀速直线运动状态,指的是做匀速直线运动的物体保持原速度的大小和运动方向不变,故本题正确选项是C。
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二力平衡 教案
武进区三河口中学
徐琴
朱岳兴
一、教学目标:
1、通过观察分析,知道什么是二力平衡。
2、通过实验探究,知道二力平衡条件及物体在平衡力作用下的运动状态.3、在探究实验中,培养学生的交流、合作团队精神。
二、教学用具:
小卡片、细线、滑轮两个、铁架台、钩码一盒、铅笔、橡皮泥、水杯两只、水、盐水、弹簧测力计、密度计.三、教学过程:
(一)、创设情境,引入新课
1、多媒体展示:扣人心弦的杂技表演。
2、演示实验:铅笔、小刀、和手指(三力平衡)。
师:为什么会这样呢,通过今天这节课的学习,相信大家就能找到答案了。
(二)、新课教学
看图分析:停泊在海面上的航天测量船、匀速上升的潜水艇、吊在天花板上的电灯、缓缓降落的神州飞船回收舱。师:a、这些物体各处于什么运动状态呢?
b、他们分别受到哪些力的作用呢?
学生回答:
师:物体在几个力的作用下处于静止或匀速直线运动状态,我们就说物体处于平衡状态,使物体处于平衡状态的几个力称作平衡力。师:以上这些物体的受力情况有什么特征?
学生回答:
师:当物体在两个力的作用下处于平衡状态时,就称作二力平衡。
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[提出问题]:二力平衡需要什么条件呢?请大家大胆的猜想。[学生猜想]:
师:哪位同学猜想的正确呢,请同学们自己设计实验来探究验证。[实验探究一]:
学生实验:探究二力平衡的条件(提示:大小、方向、作用点是决定力作用效果的三个要素。探究二力平衡的条件,可以从这三个要素来考虑。)
学生选择器材,小组讨论,制定实验方案,分工合作完成实验,最后由学生报告实验结果。
1)、使用在小卡片的两个力方向相反、在一条直线上。当两个力的大小相等时,卡片_________;当两个力的大小不等时,卡片___________。(平衡/不平衡)
2)、使用在小卡片上的两个力大小相等、在一条直线上。当两个力方向相反时,卡片_________;当两个力方向相同时,卡片__________。(平衡/不平衡)
3)、使作用在小卡片上的两个力大小相等、方向相反。当两个力在一条直线上时,卡片__________;当两个力不在一条直线上时,卡片____________。(平衡/不平衡)
(学生分组实验,老师在实验过程中进行指导。)
[结论]:(学生归纳出)当作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反,且作用在同一直线上时,两个力才能平衡。即二力平衡的条件:同体、等值、反向、共线,满足条件的两个力叫做一对平衡力。[实验探究二]:(学生实验)
在弹簧测力计下方挂100g砝码,让弹簧测力计按下列要求运动,观察可能出现的现象,分析受力情况。
1)、在竖直方向保持静止;
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2)、在竖直方向匀速运动; 3)、从静止开始突然向上运动;
根据1)、2)两种现象,可得出什么结论。学生回答:
结论:当物体受到平衡力作用时,能保持静止或匀速直线运动状态。
根据实验3)的现象,可看出什么?(为下一节作铺垫)[应用]:学生举例二力平衡在生活中的应用:
学生回答:[书本(重力、支持力);电扇(重力、拉力);老师手中的粉笔(重力、静摩擦力)等等] [生活、物理、社会]:老师介绍重心与稳度(让学生了解杂技表演和不倒翁的现象)。[实验探究三]:
如何用一支铅笔和橡皮泥,区分两杯没有标签的水和盐水?动手试一试,并说明其中的道理。
(学生讨论、设计、动手制作并进行实验)教师引人密度计。
介绍密度计:
构造:玻璃管,一端装有小铅丸(使密度计可竖直在液体中)
原理:物体漂浮时
F浮=G物
(三)学生巩固练习:(四)学生总结:
(五)布置作业:小制作:制作潜水艇模型。
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二力平衡(初二新授课)
本课题教时数:
本教时为第教时
教学日期:
****年**月**日
教学目的:1、通过观察分析,理解什么是二力平衡。
2、通过实验探究,理解二力平衡条件及物体在平衡力作用下的运动状态。
3、了解二力平衡条件在日常生产和生活中的应用。
教学重点、难点:1、理解什么是二力平衡。
2、理解二力平衡条件及物体在平衡力作用下的运动状态。
教学方法和手段:演示实验、总结归纳、讨论、讲解
实验或教具准备:小卡片、细线、滑轮两个、铁架台、钩码一盒、教学过程:
第一部分平衡状态和二力平衡
引入新课!
师:上课之前,老师邀请一个同学和我做一个小小的比赛,将一根长长的木棍顶在手指头上,看谁坚持的时间长。
师:为什么老师坚持的时间比较长,你们想知道其中的奥秘么,生:想
师:我们今天学习了二力平衡的知识就能知道其中的道理。
师:同学们,上学期我们学过,自然界中物体的运动形式多种多样的,请同学们观察屏幕上的几幅图。
1静止的花瓶
2匀速行驶的汽车
3静止的黄山飞石
4匀速吊起的货物
加速下落的乒乓球
6在地面上越滚越慢的足球
7做圆周运动的卫星
师:物理学中将静止和匀速直线运动称为物体的平衡状态。这就是我们要学的第一个知识点。P62概念画下来。(板书:一、什么是平衡状态)
师:请同学们观察屏幕上的几幅图片,利用平衡状态的定义,看看那些物体是处于平衡状态的。(学生单独回答:1234)
师:他回答的很好。今天我们主要围绕物体的平衡状态以及相关知识进行一些探究活动。
首先,请同学们把书打开到62页,对图9-1的四幅图进行受力分析。
学生操作
受力分析4张图
老师巡视
投影展示学生画的图。
第二张,学生一般不会考虑发动机的牵引力
第四张,学生一般不会分析向上的有4个力
师:请学生分析,这四张图中,第一和第三图中,物体受到几个力作用。
学生回答1和3都是收到2个力作用
师:该同学分析的很好,我们物理上把物体处于两个力作用下处于平衡状态称为二力平衡。
(板书:二、什么是二力平衡)
刚才那个花瓶它受到两个力的作用,静止在水平桌面上,处于平衡状态。
请同学们在观察体验活动一的图,如果我将花瓶放在一个光滑的斜面上,请同学们画出花瓶的受力情况。
版图:
教师巡视并展示学生的画
师:提出问题,物体能保持平衡么?
师:请看实验(实验操作)
发现,不能平衡,花瓶滑下来
教师:指着版图说,同样一个花瓶,都收到2个力的作用,但并不都是保持平衡,可见二力平衡是有条件的。
第二部分:探究二力平衡的条件
师:下面我们通过实验来探究二力在什么条件下才能平衡?请同学们考虑下我们在研究两个力之间的关系时,通常从那几个方面研究这两个力?
学生回答:力的三要素(教师可以通过影响力的作用效果的因素来引导)
师:很好!我们就从这三个因素来考虑
师:接下来我们根据已给的实验器材来探究这两个力在大小、方向、作用点上的关系。
同学们,探究二力平衡条件和几个因素关系的时候,显然要用到(控制变量法)?为了方便同学们进行操作,老师把实验器材给大家介绍下。
实验仪器介绍:
1、铁架台:固定滑轮(初三要学的)
2、演示操作,将带有细线的纸片挂在滑轮上,并且两边各挂一个钩码。
3、由于绳和滑轮的摩擦小,忽略不计,那么,纸片收到绳的拉力大小和钩码的重力相同。
4、轻质小纸片,这是我们研究的对象,看63页的信息快递。忽略了小纸片的重力,那么,物体只收2个力的作用。
5、今天我们研究,当力的方向、力的大小、力的作用点或两个力是否在一条直线这些条件发生改变时候,纸片还能否平衡
师:下面请同学们按照活动表做一做(5分钟时间)
师:在巡视的过程我发现同学们做的方法多种多样,我这给大家汇总下。
1其中一位同学这样做的,提问:(1)他的探究目的是___________________________
(2)纸片能平衡么?
(3)这说明了什么?
2其中一位同学这样做的,提问:(1)他的探究目的是___________________________
(2)纸片能平衡么?
(3)要想纸片重新平衡,应该怎么做?
(4)这说明了什么?
3其中一位同学这样做的,提问:(1)他的探究目的是___________________________
(2)纸片能平衡么?
(3)这说明了什么?
4其中一位同学这样做的,提问:(1)他的探究目的是___________________________
(2)纸片能平衡么?
(3)这说明了什么?
同学们说的都非常好,通过刚才的探究活动,我们发现二力平衡的条件是什么呢?
___________________
__________________
________________
_______________
为了方便记忆,我们用8个字来概括,________
_________
_________
__________
为了检验同学们有没掌握二力平衡的条件,我们完成下面几个问题。
1、图中的哪个物体能保持静止状态?
为什么?
学生选出正确答案的基础上,讨论其他4张图中不满足条件的地方。
师:这题有图,那么,下面这题没图了,同学们选出下面那对力是平衡力。
2、对于一个静止在水平桌面上的茶杯来说,下列选项中的两个力相互平衡的是()
A.茶杯受到的重力与茶杯对桌面的压力
B.茶杯受到的重力与桌面对茶杯的支持力
C.茶杯对桌面的压力与桌面对茶杯的支持力
D.茶杯受到的重力与桌子受到的重力
请同学回答,你选的什么?“B”那么B正确么,我们对B中的两个力进行受力分析。
但老师发现好多同学都选的是C,那么我们对C中的两个力进行受力分析。
根据图发现,这两个力就是我们以前学过的相互作用的两个力,很多同学选C,说明,我们对平衡力和相互作用的两个力容易混淆,那么我们就来将这两对力进行比较,找出它们的共同点和不同点。
师:通过今天的学习,我们来分析老师刚才让杆子停留在手上时间长一些的原因。
第一张图:杆子静止在手上时候,收到重力和支持力是一对平衡力
第二章图:当杆子发生稍微的倾斜时,受力分析,发现重力偏离,和支持力不在同一个直线了,那么两个力不是平衡力,物体不能处于平衡状态
第三张图:手怎么样移动,使两个力重新在一条直线上。
活动1:应用二力平衡的条件。
将一把均匀的刻度尺稳稳的禁止在自己的手指头上,看谁能一次性完成?
看看那些同学一次性完成,并且选出其中两位同学进行活动2
活动2:邀请2位同学进行个小小的比赛,(走平衡木)
活动结束后,提几个问题:
刚才两位同学谁对今天所学得二力平衡知识应用的好。
。。。。
大家把书本打开到64页
观察阿迪力高空走钢丝
高空王子在行走的过程中,要不断的调节他的重心,他是怎么样调节自己的重心的呢?
教师利用长长的木棍,演示调节。
活动3:观察实验,继续将花瓶放在粗糙的斜面上,分析受力情况,观察运动情况。
发现,三个力也能使物体处于平衡状态。书上图9—1中,第二张图,4个力能使物体平衡,第四张图,5个力也能使物体平衡,那么力和运动到底有什么关系呢?我们下节课来研究,这堂课我们学到了那些知识呢?
总结:
布置课堂作业(练习2)时间不够,当课后作业。
教学反思:
课后练习:
1、如图所示的情景中,两个力相互平衡的是()
2、如图所示,用6N的力握住总重为1.5N的水杯静止不动,若将手的握力增大到8N,手与水杯之间摩擦力的大小将________(选填“变大”、“变小”或“不变”).若将水杯总重增加到2N,水杯仍然静止不动,则手与水杯之间摩擦力的大小为________N.
3、一个小孩沿水平方向用力推静止在水平地面上的小汽车,但小汽车保持静止,由这一现象可以判断()
A.小孩对汽车的推力大于车受到的阻力
B.小孩对汽车的推力等于车受到的阻力
C.小孩对汽车的推力小于车受到的阻力
D.小孩对汽车的推力与车受到的阻力的大小关系不能确定
4、张宁同学在探究二力平衡的条件时,选用了一个木块,两个滑轮,一些砝码,细线及普通桌面。张宁已经知道物体在平衡力作用下可保持静止状态或匀速直线运动状态,于是他选择让木块做匀速直线运动来探究F1与F2的关系。他的实验结果是:当左盘中砝码为100g,右盘中加150g的砝码时,木块恰能向右做匀速直线运动。因此,他认为二力平衡时,其大小不必相等。
①张宁同学的结论显然是错误的,这是因为他的探究方法不科学,你认为他的探究方法不科学的原因是什么?
②请你对他的实验做一些改进,写出你认为比较科学的探究方法。
5、如图所示,静止在水平路面上的小车,其支架的杆子上固定一铁球,关于杆子给铁球的力的方向,下列说法正确的是()
A.沿杆子
B.垂直于杆子
C.竖直向上
1、理解并掌握二力平衡的条件。
2、经过举例理解并掌握二力平衡的条件。
3、形成从实际现象中分析并获得物理规律的推理意识。
教学设想重点:
掌握二力平衡的条件。
难点:
理解并掌握二力平衡的条件。
教法:
实验探究式教学准备小车木板钩码
教学过程
一、课题引入
小聪和小明在光滑的冰面上沿同一直线去拉静止的小车,在下列情况下,小车将怎样运动呢?
1.小聪和小明都向右拉小车,小车将向xx方向运动。
2.小聪比小明用力小,小聪向左拉,小明向右拉,小车将向xx方向运动。
3.小聪和小明用大小相等,方向相反的力拉小车,小车所受的合力为xx,静止的小车将xx。
从而引入二力平衡课题。
二、讲授新课
定义:同时作用在物体上的两个力,若大小相等,方向相反,作用在同一直线上,我们就说这两个力为一对平衡力,称为二力平衡。
上题第3题中,小聪和小明对小车的拉力是一对平衡力,可以看出小车原来静止,在平衡力的作用下,小车仍然保持静止状态,因此平衡力不改变物体的运动状态。
二力平衡的现象到处可见,下图中的船舶和汽车有平衡力的作用,请同学们找出它们所受的平衡力,请同学们找出平时生活当中的二力平衡的事例。如在空中匀速下降的降落伞、静止在地面的课桌等。
由事例可以看出,若同时作用在物体上只有两个力,且此二力平衡,因合力为零,就等效于物体上没有外力的作用。
在一般情况下,物体会同时受到几个力的作用,若这几个力的作用效果相互抵消,即合力为零,就称这几个力为平衡力,等效于物体上没有受到外力的作用。
三、小结
本节课我们学习了二力平衡的概念,通过伽利略的理想实验和同学们的探究实验,体验到了在实验的基础上进行合理推理的实验方法的作用,大家完成课后练习,帮助自己更好地理解本节课所学内容。
四、作业布置
课堂作业:学习指导用书
家庭作业:补充习题板书设计:二力平衡
平衡状态:物体在几个力的作用下保持静止或做匀速直线运动。
二力平衡:物体在两个力的作用下处于平衡状态。
现行教材中的“二力平衡”的实验是力学中的一个重要内容, 是进一步学习初中力学的基础。但在传统的“二力平衡”实验中存在一些不足, 在此, 结合自己的教学体会, 对此实验进行改进。
一、传统实验装置及其不足
现行的人教版八年级物理课本的《二力平衡》的实验装置如图1所示。用此实验装置探究 《二力平衡 》条件存在一些弊端。
1.摩擦力对探究实验的影响较大
在传统实验中, 研究《二力平衡》条件中力的大小关系时, 受到小车与桌面的摩擦力影响, 当两盘砝码质量相差不大时, 小车也能保持静止。而在探究二力在同一直线上时, 由于摩擦力的作用, 盘中的砝码质量较小时, 小车被扭转后仍保持静止, 此时必须挂较重的砝码才能使小车发生转动。
2.实验中受到多力的影响
小车静止在水平桌面上, 水平方向上除了受摩擦力影响外, 小车在竖直方向上还受到重力和支持力的作用, 并非只在水平方向上受到二力, 使实验的说服力降低。
3.实验在探究方式上有一定的限制
在图1的实验中, 学生一般只能探究水平方向上的二力平衡, 这样做很容易使部分学生认为只有在水平方向上的两个力才能平衡, 使学生不能在其他方向上探究二力平衡的条件;同时学生难以探究物体处于匀速直线运动状态下的二力平衡条件。
4.实验内容受到一定的限制
学生不能通过此实验探究二力方向相反、二力作用在同一物体上两个力平衡的条件, 实验的探究过程不够严谨, 有一定的限制。
二、实验的改进和优点
改进的实验器材:铁架台、塑料板、塑料片、细绳、弹簧测力计、剪刀、滑轮若干、钩码若干。
实验装置如图2所示, 在改进后的实验中, 把定滑轮固定在塑料板上, 用塑料片代替小车, 细绳系住塑料片的两端, 细绳两端挂上砝码, 探究两个拉力要满足什么条件才能使塑料片静止而处于平衡状态。
改进后的实验, 主要表现出以下的优点。
1.摩擦力对探究实验的影响大大减小
实验中代替小车的塑料片的重力小, 与塑料片两端受到的拉力比较, 塑料片的重力和实验中由滑轮和细绳产生的摩擦力可以忽略不计。同时也解决了在课本实验中小车在水平面上受到多个力对实验的影响。
2.实验准确度较高
(1) 在细绳两端挂上质量相等的砝码, 使塑料片静止, 然后改变砝码的质量使细绳两端砝码的质量不相等。从而得出《二力平衡》条件之一:力的大小相等, 如图2。
(2) 把塑料片扭转一定的角度, 如图3, 放手后学生可以观察到塑料片不能保持静止而是发生运动, 从而得出《二力平衡》的另一个条件:两个力必须在同一直线上。此步骤也可用如图4所示的方法进行实验。
(3) 用手把塑料片压在塑料板上, 把细绳两端的拉力同时通过一个滑轮向同一方向拉, 放手后塑料片发生运动, 如图5。用反证的方法说明二力平衡时必须要求力的方向相反。
上面的三个探究步骤中, 即使砝码的质量很小时, 实验效果也很明显, 克服了传统实验的缺点。
3.体现了实验的严谨性
“作用在同一物体上”是二力平衡条件之一。这一结论是学生较容易忽略的结论, 也是传统实验中学生较难验证的步骤, 在传统实验中是无法论证的。而本实验中让塑料片处于平衡时, 让学生用剪刀把塑料片从中间剪开一分为二, 塑料片马上就向两边运动了, 如图6, 可以巧妙得出结论, 同时给学生留下深刻的印象。
4.实验的局限性小
在改进的实验中, 除了可以在水平方向上进行实验探究外, 改变滑轮的位置还可以在倾斜方向上、竖直方向上进行探究, 如图7。同时培养学生的观察能力和创新能力, 达到新课程标准的要求。
5.探究匀速直线运动状态下二力平衡条件
在实验中用弹簧测力计代替其中一端的钩码, 拉着塑料片在水平方向做匀速直线运动, 可直接读出力的大小等于另一端钩码对塑料片产生的拉力, 验证二力平衡的条件, 如图8。
当然, 在实验中, 也可以在塑料片两端都用弹簧测力计拉着使塑料片保持静止, 直接读弹簧测力计示数, 更直接地验证《二力平衡》条件。
6.让每个学生都有探究体验
从这一节课的实际教学中, 可以证明实验的改进是很成功的。改进后的《二力平衡》实验变得更易操作、更直观、实验方法更多种, 让学生在探究过程中, 更容易理解、掌握《二力平衡》条件, 让学生在实验中体验到了科学探究的乐趣, 培养学生学习物理的兴趣。我利用这个改进过的《二力平衡》实验在 《广西初中课程资源库建设》项目2014年贺州市优质课比赛中得到了教师和评委的肯定, 荣获一等奖。
摘要:人教版八年级物理下册课本中, 关于“二力平衡条件”的探究实验一直采用传统实验进行教学, 此探究实验的直观性较差, 不利于学生观察实验现象, 实验过程中的操作不够严谨, 不利于学生通过实验直接完整地得出“二力平衡条件”, 有必要做些改进。
教材对日常生活中非常熟悉的两幅图片进行受力分析和运动状态的讨论引入,以生活素材为基础,体现从生活走向科学,来激发了学生的学习兴趣。让学生亲身体验探究过程,通过实验操作和对比观察让他们在观察、解决问题的过程中,理解二力平衡的条件,实现知识的自我建构,并从中体验科学探究的乐趣。本节包括二力平衡的条件和应用二力平衡的知识分析问题。
【学情分析】
在本节之前学生已经学习了力的有关知识,包括力的作用效果、牛顿第一定律等知识,学生已经积累了一定的经验,但二力平衡比较抽象,教材中尝试通过生活中的情景现象引导学生分析得出二力平衡的概念。对这个年龄段的学生的学习,可以通过实验操作、合作交流、自我发现来突破学生的思维障碍和误区。实现知识的建构,在教学过程中要充分利用学生的兴趣、特点,通过学生自己进行具体的实验,最终归纳得出二力平衡的条件。
【教学目标】
1、知识与技能:通过实验观察和分析,知道什么是二力平衡状态;会应用用二力平衡条件去分析解决、解决简单的问题.
2、过程与方法:通过实验探究二力平衡的条件,培养学生的概括能力;通过二力平衡的条件的应用,培养学生应用物理规律解决实际问题的能力.
3、情感态度与价值观:在教学过程中,培养学生树立用实验方法解决物理问题的思想,对待实验实事求是的科学态度和严谨的科学作风.
【教学重点与难点】
重点:二力平衡的条件物体在平衡力作用时的运动状态难点:二力平衡的应用
【教具、学具、实验器材】
巩芸
【教学目标】: 一.知识与技能:;
1、能够识别两种平衡状态——静止和匀速直线运动
2、理解二力平衡条件,会用二力平衡条件解决简单问题 二.过程与方法:
1、通过研究二力平衡条件的实验,培养学生观察和实验能力;
2、通过对二力平衡条件的应用,培养学生分析问题、解决问题的能力。
三.情感、态度与价值观:
通过利用二力平衡条件解释实际问题的过程,激发用所学知识解释生活现象的兴趣。
【教学重点】:二力平衡条件
【教学难点】:用二力平衡条件解决简单问题 【教具】:演示
滑轮、钩码、细绳等 【教学设计】
(一)引入新课
回顾复习牛顿第一定律的内容。(板书:不受力——静止或匀速直线运动)生活中你发现有静止或做匀速直线运动的物体吗?(请学生例举一些)提问:他们受到力的作用吗?
学生回答:受到力的作用。(请学生说出受到了哪些力?)提问:牛一定律说不受力时物体保持静止状态或做匀速直线运动状态,而在现实中物体受了力仍会保持静止状态或做匀速直线运动状态,(板书:受力——静止或或匀速直线运动)这是怎么会事?你想得通吗?
(二)新课教学
原来,牛顿第一定律是在理想状况下,而在现实中我们把物体受了力仍保持静止或做匀速直线运动的状态,称为平衡状态,所受力称为平衡力。(板书)
现在请大家说出你身边的平衡力。(学生先讨论,后抽学生回答)平衡力中二力平衡是最基础的,既物体受到二个力的作用而平衡,我们先研究二力平衡,即:两个力满足什么条件才能平衡?
1、做一做:探究——二力平衡的条件(教师前期准备:实验器材、活动记录单。)
学生根据实验目的和提供的器材,分小组讨论设计实验。第一步:设计探究物体平衡时二力的大小关系。第二步:设计探究物体平衡时二力的方向关系。第三步:设计探究物体平衡时二力是否在同一直线上。第四步:设计探究物体平衡时二力是否在同一物体上。抽1-2个小组同学说出方案。学生做实验,收集证据。
2、学生汇报刚才的实验情况,最终得出了什么结论?(提问:刚才的实验是怎么做的?看到什么现象?得出什么结论?)学生回答。
结论:作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并在同一条直线上,则这两个力就相互平衡。
(三)拓展:(教者总结点拨)一对平衡力和相互作用的力的比较 【练习巩固】:
1.1、下列情况,两力平衡了吗?为什么
F1=5N
F2=5N F2=5N A F1=5N C
F2=5N F1=5N D
F1=3N B F2=5N 2.某工人用100N的水平推一放在水平地面上的木箱没有推动,则木箱受到的阻力为_______N;改用150N的力推也没有推动,木箱受到的阻力为_______N。
3、起重机以1m/s的速度匀速吊起一个重物,钢丝绳对重物的拉力是6000N。若起重机吊着这个物体以2m/s的速度匀速下降,这时钢丝绳对重物的拉力是()
A、12000N
B、6000N
C、3000N
第六节 二力平衡
[新课导学]
1、如果物体处于静止状态或匀速直线运动状态,我们就说物体处于平衡状态。 2、二力平衡:作用在一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且在同一直线上,这两力就彼此平衡。
[例1]一个物体受到两个力的作用,这两力的三要素完全相同,这两个力( )
A.肯定是平衡力
B.肯定不是平衡力
C.一定是重力和支持力
D.一定是拉力和摩擦力
解答:B
[例2]直升机匀速上升时,受到升力F,重力G和阻力f,这些力的关系是( )
A.F>G+f B.F=G+f
C.F>G-f D.G=F+f
解答:B
[例3]如图所示。水平地面上静置着A、B两物体,下列说法正确的是( ) A.B物体对A物体的支持力与A物体对B物体的压力是一对平衡力
B.A物体受到的重力与A物体受到B物体的支持力是一对相互作用的力。 C.B物体对水平地面的压力与水平地面对B物体的支持力是一对相互作用的力。
D.B物体受到的重力与水平地面对B物体的支持力是一对平衡力
解答:C B
[例4] 一木块放在水平地面上,下列叙述中哪一对力是平衡力( )
A.木块所受的重力和木块对地面的压力
B.木块所受的重力和地面对木块的支持力
C.木块对地面的压力和地面对木块的支持力
D.以上说法都不对
解答:B
[例5] 如图所示的各物体中,所受的两个力是彼此平衡的有( )
F
B
FF
D FC 解答:C
[例6] 放在水平桌面上重5N的书,静止不动时,桌面对它的支持力的大小是多大?方向如何?
解答:支持力是5N,方向竖直向上。
[基础精练]
1、一个杯子放在水平桌面上,处于静止,下列各对力中属于平衡力的是(
) A.杯子受到的重力和杯子对桌面的压力 111212
B.杯子受到的重力和桌面对杯子的支持力。
C.杯子对桌面的压力和桌子受到的重力
D.杯子对桌面的压力和桌面对杯子的支持力。
2、物体保持平衡状态的条件:或者是
(理想情况)或者是 (实际情况)。
3、一根电线下吊一盏灯,灯静止时,下列各对力中属于二力平衡的是( )
A.电线对电灯的拉力和电灯对电线的拉力。
B.灯受的重力和灯对电线的拉力
C.电线对电灯的拉力和电灯的重力
D.电线对电灯的拉力和电灯对地球的吸引力。
4、一个物体变速运动,这表示( )
A.它一定没有受到力的作用
B.它一定受到平衡力的作用
C.它一定不受平衡力的作用
D.这是由于惯性
5、某人用力F把重力G的木块紧紧压在天花板上,天花板受到的压力为2N,以下说法中正确的是( )
A.木块的重力与人对木块的压力是一对平衡力 木块
B.木块对天花板的压力和木
块的重力是一对平衡力
C.人对木块的压力和天花板
F对木块的压力是一对平衡力
D.以上所述都不是相互平衡的力。
6、吊在空中重5N的电灯,静止不动时,电线对它的拉力是 ,方向 。 7、有一弹簧测力计放在水平桌面上,两位同学各拉该测力计的一端,使测力计在桌面上静止,此时测力计的数为5N,忽略测力计与桌面间的摩擦,则两位同学所用的力( )
A.均为5N B.均为10N
C.均为2.5N D.分别为5N和10N
8、人拉着重物沿水平方向运动,下列说法中正确的是( )
A.如果人能拉着重物匀速前进,则人的水平拉力必大于物体所受阻力
B.人拉物体的力必大于物体拉人的力。
C.人拉物体的力必等于物体拉人的力。
D.如果物体做减速运动,人的水平拉力必小于物体拉人的力。
9、画出在平直公路上匀速行驶的汽车受力的示意图。
10、当神舟五号从太空坠落回地球时与大气摩擦,其中一段是做匀速直线运动,请在图中画出它的受力示意图。
11、一起重机吊着重为3000N的物体静止在空中时,钢丝绳的拉力是 ;若以2m/s的速度匀速上升时,钢丝强的拉力是 ;若以4m/s的速度匀速下降时,钢丝的拉力是 。
12、跳伞运动员在空中张开降落伞后,跳伞运动员匀速下降,这是因为跳伞运动员( )
A.没有受到重力作用 B.受到的重力小于阻力
C.受到的重力等于阻力 D.受到的重力大于阻力
14、一个物体在光滑的水面上共受到两个力的作用,一个是重力,大小为10N,另一个是水平面的支持力,大小为10N,则该物体在水平面上的运动状态是( ) A.静止状态 B.匀速直线运动状态
C.运动速度逐渐减慢 D.可能是静止状态,也可能是匀速直线运动状态
15、某人拉一小车在水平地面上做匀速直线运动,设人对小车的.水平拉力为F,车
重为G,车对地面的压力为Q,地面对车的支持力为N,车受到的阻力为f,下列各对力中属于平衡力的是( )
A.Q与G B.G与F
C.F与f D.Q与N
16、关于力和运动,下列说法中不正确的是( )
A.速度小的物体,所受的力一定小
B.物体受到力的作用,可能处于静止状态
C.物体受到力的作用,运动状态不一定发生改变
D.物体受到两个力作用而做匀速直线运动,则这两个力一定大小相等,方向相反
17、如图所示,小球A用绳悬挂在天花板上,并处于静止状态,画出小球A所受力的示意图。
[能力拓展]
18、一个物体在四个力的作用下,正在做曲线运动,若将其中一对平衡力撤去,物体将做 运动。
19、如图所示,箱体内有一弹簧,下端挂有一物体,若整个箱体由向下匀速运动变
为向下减速运动时,弹簧的长度将( ) A.变长
B.变短 C.不变
D.无法确定
V
20、一物体以1m/s的速度在水平桌面上的匀速直线运动,受到的摩擦是40N;若速度增大到3m/s后,仍在该水平桌面上做匀速直线运动,不计空气阻力,此时它受到的摩擦力为( )
A.大于40N B.小于40N
C.等于40N D.条件不足,无法判断
[探究创新]
21、如图所示,放在水平地面上的物体所受重力为G,系着它的一根竖直 轻绳绕过光滑滑轮,它的另一端受的拉力为F,地面对物体的支持力为N, 下面关于三个力的大小关系正确的是( )
A.F=G
B.G=N
C.F=N
D.F+N=G
22、如图所示,甲物重5N,乙物重3N。甲、乙均静止,不计弹簧测力计自重,则弹簧测力计示数是( )
A.3N
B.5N
C.2N D.0N
723、一列重1.47×10N的火车在平直轨道上匀速行驶,如果这列火车受到的阻力是
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