《力的合成》

1高中物理课堂教学设计内容与地位：在《普通高中物理课程标准》共同必修模块物理一的内容标准中涉及本节内容有“通过实验，理解力的合成与分解，区分矢量和标量，用力的合成与分解分析日常生活中的问题。”该条目要求学生通过实验对力的合成与分解的学习应达到理解的水平，并能用力的合成与分解分析日常生活中的问题，这体现了关注物理与生产、生活的联系。“力的合成”这一节研究的是力的等效关系，依据等效思想总结出力的平行四边形定则。教学中应让学生体会运用“等效”思想研究问题是物理学研究中的一种重要方法。平行四边形定则是矢量运算普遍遵循的法则，而矢量运算贯穿高中物理始终，因此，本节内容为以后学习速度、速度的变化、动量、动量的变化等矢量及运算奠定了基础，它具有承上启下的作用。教学设计应注重学生知识的形成过程和对知识的真正理解。采用实验探究的学习方式，培养学生收集信息，处理信息，分析论证的能力，养成实事求是的科学态度和良好的合作习惯。课题§5.1力的合成课型新授课（1课时）教学目标知识与技能1、理解合力、共点力、力的合成的概念．2、掌握平行四边形定则，会用平行四边形定则求合力．3、理解力的合成本质上是从作用效果相等的角度进行力的相互替代．4、知道矢量三角形法则5、会运用力的合成分析一些与生产和生活相关的实际问题。过程与方法1、通过学习合力的概念，了解物理学常用的研究方法——等效替代法．2、通过实验探究方案的设计与实施，初步认识科学探究的意义和基本过程，并进行初步的探究．3、学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣．实验结果在误差范围内是准确的．情感态度与价值观1、培养学生善于交流的合作精神，在交流合作中发展能力，并形成良好的学习习惯和学习方法．2、通过力的等效替代，使学生领略跨学科知识结合的奇妙，同时领会科学探究中严谨、务实的精神和态度3、激发学生对科学的好奇心与求知欲，乐于探究自然界的奥秘。4、培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识，勇于探究与日常生活有关的物理问题。教学重点、难点教学重点1、合力与分力的关系．2、平行四边形定则及应用．通过实验探究，归纳、总结出力的平行四边形定则教学难点1、平行四边形定则及应用2、实验探究方案的设计与实施．能从力的作用效果角度正确理解和掌握合力的概念2教学方法实验探究、讲授法、讨论法教学手段教具准备多媒体课件，学生分组实验器材：木板、白纸、图钉(若干)、橡皮筋、细绳套(两根)、弹簧秤(两只)、三角板、铅笔．教学步骤教学活动设计意图新课导入复习力的概念和力的作用效果(播放歌曲《众人划桨开大船》片段)，从物理学的角度说，二个人划桨产生的力太小不能开大船，众人划桨产生的力合起来才能开动大船．如如果知道每个人划桨的力，怎样求合起来的力呢?学习了这一节课后我们就可以解决这个问题了．通过播放歌曲，激发学生兴趣，引导学生思考。新课教学一、共点力让学生自学课本上第一段、第二段有关共点力的知识，在阅读的时候注意这样几个问题：①什么样的力是共点力?②你认为掌握共点力概念时应该注意什么问题?引导学生的回答总结得到（l：如果一个物体受到两个或更多个力的作用，有些情况下这些力共同作用在同一个点上，或者虽然不是作用于同一个点上，但是他们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力．2：掌握共点力时，不仅要看这几个力是不是作用于一个点，还要看它们的延长线是不是交于一个点．）二、力的合成[演示实验)让学生把一桶水或一个重物想办法从地面上拿起悬空请一位个头大的，比较壮的男生具体操作一下，该同学用一只手就可以把它提到桌面上；再请一位瘦弱的女生演示，她又叫了另一位女生一起把它悬空在同一高度。引导学生仔细观察会发现，一位力气大的同学只用一只手一个力就可以把水桶从地面提起，静止在空中，两个女同学用两只手给水桶两个力，同样也把水桶从地面提起并且保持静止，不同的同学用不同的方法达到了一个共同的目的，都是使木桶静止在空中。男同学对水桶施加的一个力产生的作用效果和两个女同学施加的两个力的作用培养学生自学能力和阅读能力。把生活和物理联系起来，激发学生对科学的好奇心与求知欲。培养总结、归纳的能力激发学生发散思维3教学过程效果是相同的，它们之间是可以相互替代的。。可见几个共点力共同作用所产生的效果总可以找到一个力来等效替代它。物理学中就把这个力叫做那几个力的合力。求几个力的合力叫做力的合成。在初中物理中，我们已经探究过同一直线上二力的合成。比如两个人朝同一方向推箱子，其合力等于两人的推力。即F=F1+F2。合力方向与这两个力的方向相同。那如果两个朝着相反的方向推箱子呢？这时合力等于这两个力的大小之差，即F=F1-F2。但是很多情况下，各个作用力并不都在同一直线上。那么如何得出不在一条直线上的几个分力的合力呢？还是不是简单的加减呢？三、实验探究：（或者是验证性的实验）首先演示实验．(用两只弹簧秤成一定角度提起一个重物，分别读一下两只弹簧秤的读数．然后用一只弹簧秤提起这个物体，看这时弹簧秤的读数)引导学生仔细观察读数，并发现两只弹簧秤的示数之和是不是等于一只弹簧秤的读数，而是比两只弹簧秤读数之和稍微小一些．为什么会出现这样的情况呢？可能与什么有关？对了，弹簧秤的方向，也就是说我们只注意了力的大小不行，还要注意力的方向。进一步启发学生：力的合成并不是简单地相加减，它们之间的关系到底是怎样的呢?请学生设计一实验求解合力，并在实验之前明确实验依据的原理：合力的作用效果与几个力共同作用的效果相同．根据提供的器材，同学们分小组讨论，抓住合力和分力效果相同这一关键，设计实验方案，选择适当的仪器，把不需要的仪器放在一边．(这里仪器的提供可以有一些干扰项，比如说放置小车和打点计时器，锻炼学生选择仪器的能力)注意：启发学生设计的关键是：两个力共同作用的效果和一个力单独作用效果相同，怎样设计才能够更容易控制两种情况下力的作用效果相同．并在做实验之前，让几个小组的同学介绍他们的实验器材的选择和实验方案的设计过程．例如：学生根据力的作用效果相同，选择用力改变物体的形变这种方法来探究合力和分力的关系；选择了容易发生形变的橡皮筋来进行．在一个力和两个力共同作用下让橡皮筋的形变量相同．我们组选择的仪器是：方木板、白纸、弹簧秤(两个)、橡皮筋(两条)、细绳(两条)、刻度尺(或三角板)、图钉(若干，用来固定白纸)(注：要多了解各个组的实验器材的选择情况，指出他们的优点和不足，帮助他们改进自己的设计，这里仅举两例作为代表)引导学生回答：在这个实验中一个力与两个力等效的标志是什么?通过几个学生的回答不断完善总结得到两次实验中橡皮筋应该伸长到同一个位置才能保证作用效果完全相同．引导学生回答：如何确定两个分力的大小和方向，如何确定合力的大小和方向。用多媒体展示设计较好的组学生的实验步骤设计参考案例多媒体展示设计实验步骤：(1)在桌上平放一个方木板，在方培养学生设计实验和操作实验的能力。教师引导学生在讨论中相互交流，相互启发，有利于学生在独立思考，互相合作中逐步培养团结协作、科学求实的品质和创新思维品质。培养学生分析问题、解决问题的能力4教学过程木板上铺上一张白纸，用图钉把白纸固定好．(2)用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点(A点的位置应该靠近顶端中点)，在橡皮筋的另外一端打上一个结点B，拴上两条细绳，细绳的另外一端是绳套．(3)用弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点达到某一位置O.(4)用铅笔记下O的位置和两条细绳的方向，分别读出两只弹簧秤的示数(在同一条件下)．(5)用铅笔和三角板在白纸上从O点沿着两绳的方向画直线，按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示．(6)只用一只弹簧秤，通过细绳把橡皮筋的结点拉到相同的位置O点，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示．(7)探究这三个力的大小及方向的关系．注意事项：①同一实验中的两只弹簧秤的选取方法是；将两只弹簧秤勾好后对拉，若两只弹簧秤在拉的过程中，读数相同，则可选，若不同，应另换，直至相同为止，使用时弹簧秤与板面平行。②在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差．③画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外．要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力．④在同一次实验中，橡皮条拉长的结点O位置一定要相同．⑤由作图法得到的F和实际测量得到的F’，不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为F和F’符合．组织学生进行分组实验，实验过程中让学生有意识地控制一下两个分力之间的夹角．经验得知F1和F2间的夹角越大，用平行四边形作图得出的合力Ｆ的误差也越大，所以实验中不要把夹角取得太大，一般不大于９０度为佳。为了直观地看出分力可能大于合力，可以使其中一次两次分力的夹角大于１２０度。学生分组动手实验，教师巡回指导实验结束后建议学生把合力和分力的末端用虚线连接起来．通过几组同学的实验结果，总结出这个四边形可能是平行四边形．继续引导学生分析：如果只有一组像平行四边形是偶然，如果多组就不是偶然了，也许力的合成的法则就和平行四边形有关，那如何确定它是不是平行四边形呢?通过学生交流讨论得出：可以做个验证，我们以这两个力为邻边做一个平行四边形，我们可以得到平行四边形的一个对角线。通过学生交流讨论得出：在误差范围内，对角线的长度、方向跟合力的大小、方向一致，即对角线与合力重合，也就是说，对角线就表示F1和F2的合力。提问：有没有同学实验结果是对角线与合力相距比较远？有这种情况很正常，一个规律的得出，是由很多人在很长时间里，5进行了许多次实验，才总结出来的，并要经得起实验检验。因此，一个规律，并不是通过一次实验就能得到的。如果有同学实验结果是对角线与合力相距比较远，不要着急，课下我们一起来看看问题出在哪里。教师总结：研究表明，当作用于物体的几个共点力不在同一直线上时，这两个力的合成满足平行四边形定则，如果以表示原来两个共点力Ｆ１和Ｆ２的线段为邻边作平行四边形，那么其合力Ｆ的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线来表示。这就是共点力合成的平行四边形定则。所有矢量的合成都遵守平行四边形定则，这正是矢量不同与标量的运算法则。多媒体出示例题，学生读题并尝试解决例题例题：力F1＝45N，方向水平向右，力F2＝60N，方向竖直向上．求这两个力合力的大小和方向．请学生说出自己的思路。通过几个学生回答总结：①选择标度，用1cm代表15N．②用三角板作出两个力的图示．③作出和两个力大小相等的平行线，完成平行四边形．④连接两力之间的对角线，即表示合力．⑤用刻度尺量出对角线的长度．⑥通过比例关系求出合力的大小．教师引导学生在讨论中相互交流，相互启发，最后自己总结得出答案教学过程⑦用量角器量出合力与分力之间的夹角，得到合力的大小是?5N，与45N的力的夹角是53°如果改变两个力之间的夹角，将两个力之间的夹角改为60°和120°，则合力分别是多大?学生作图求解，投影学生作图：当夹角是60°时，两个力的合力是90N；当夹角是120°时，两个力的合力是54N．思考与讨论：两个分力Fl与F2大小一定时，合力与它们的夹角有什么关系?合力大小与两个分力大小有什么关系?用合力与分力演示器演示分力F1和F2一定时，夹角Ө在0～180Ө°之间发生变化时，合力F的大小变化情况．[师生共同总结]用投影片出示：a．当Ө＝0°时，F=F1+F2，合力F与分力F1、F2同向．b．当Ө＝180°时，F＝｜F1一F2｜，合力F与分力F1、F2中较大的力同向．C.合力F的取值范围，｜F1一F2｜≤F≤F1+F2．d．夹角Ө越大，合力就越小．e.合力可能大于某一分力，也可能小于某一分力．学生总结得出：合力随夹角的变大而变小，随夹角的变小而变大，当两个分力之间的夹角为0°时两个力的合力最大，最大值为二力之和；当两个分力之间的夹角为180°两个力的合力最小，最小值为二力之差．提问：前面学习的都是两个力的合成，如果是三个力或者三个以上的力的合成，应该怎样进行处理?引导学生回答：先求出两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的通过练