《力的分解》教学设计

《力的分解》教学设计教材分析：力的分解与力的合成是解决物理问题的一种方法，平行四边形定则（或三角形定则）是矢量运算的工具，它们是高中物理的基石。本节内容介绍力的分解同样遵守平行四边形定则。通过例题让学生知道一个已知力可根据实际作用效果来进行分解，最后指出矢量相加的法则—平行四边形定则或三角形定则。教学对象分析：对刚进入高中的学生，仍处于从形象思维向抽象逻辑思维的过渡时期，分析能力、概括能力、作图能力、运用数学知识解决物理问题的能力有待培养。学生对于本节内容的困惑主要有：分力是否真实存在？如何正确分解一个已知力？学生对物理量的矢量意识还有待加强。教学目标：知识与技能1.了解分力的概念，明白力的分解是力的合成的逆运算。2.会用平行四边形定则作图并能计算。3.能用力的分解分析生产生活中的问题。过程与方法1.强化“等效替代”的思想。2.掌握根据力的作用效果进行分解的方法。情感态度与价值观培养学生观察、分析、概括能力。培养学生将所学知识应用于生产实践的意识和习惯。教学重点、难点1.理解力的分解是力的合成的逆运算，利用平行四边形进行力的分解。2.根据力的作用效果来确定分力。如何判断力的作用效果？依据如下:学生在物理情境变化时，不能自觉应用“等效思想”解决问题。虽然已学“力的合成”，但对“分力是否真实存在？如何正确分解一个已知力？”会感到困惑。因此在“等效思想”上理解力的分解是力的合成的逆运算应是教学重点。按力的作用效果来分解一个力学生往往感到抽象，如何判断力的作用效果这是教学难点。教学策略与手段首先以提起木块简要复习力的合成，通过一个小游戏引入新课，激发起学生学习新课的兴趣。由于学生初次接触力的分解知识，引入从学生熟悉的直观事例—拉橡皮筋出发，使学生在已有的合力、力的合成基础上学习分力和力的分解，通过知识的前后比较，更容易接受和理解分力、合力的等效性。让学生领悟用几个分力替代一个力与用合力替代几个已知分力都是为了解决实际问题方便使用的一种手段，实际上并没有改变物体原来的受力情况。为了突破难点，本节课上采用实验、讨论、讲授相结合，通过学生亲自体验，让学生留下深刻的印象。所例举例题按提出问题—猜想—实验探索—讨论—得出结论的模式，猜想、实验探索环节由学生完成，实验验证由教师或学生来完成，结论则是在教师引导下由师生共同完成。在教学过程中重视学生的参与，让他们在教师所创设的情境中充满激情地主动学习。教学过程复习提问如图1所示，用两根绳将木块悬挂在天花板上，两绳对木块的拉力分别是F1、F2；也可以用一根绳子把木块悬挂起来，绳对木块的拉力为F，那么拉力F、F1、F2中哪一个力可以叫做另两个力的合力？判断的根据是什么？引入新课请两名力气大的男生上台进行拔河比赛，相持不下时，请一位女生上讲台将这两个男生拉动。教师指导让女生在绳子中间用力一拉，将这两们“大力士”都拉动了？这是为什么？让我们今天来学习本节内容。新课教学1分力及力的分解【观察分析】将橡皮筋固定在竖直木板上，如图2所示，用力F向下拉系在橡皮筋上的细绳，在木板上记下结点位置Ｏ和两段橡皮筋OA和OB的方向。在拉力F的作用下，橡皮筋OA、OB都发生了形变—伸长，说明力F产生了两个作用效果，这两个作用效果相当于两个分别沿AO、BO的拉力产生，我们可以用这两个沿橡皮筋方向的拉力F1、F2替代力F的作用效果而保持不变。【实验演示】用两手分别拉系在橡皮筋上的两根绳子，让绳子分别沿AO、BO方向，调整拉力大小，可让橡皮筋仍达到O点。如果一个力产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫那几个力的合力。现在通过刚才的实验又清楚看到与之相反的另一种情况：两个力共同作用产生的效果与原来那一个力作用时产生的效果相同。则这两个力叫做原来那一个力的分力。即如果几个力共同作用在某物体上产生的效果跟原来一个力作用时产生的效果相同，这几个力就叫做原来那个力的分力。教师强调分力定义中的“原来”二字说明一个力跟它的几个分力并不同时作用在物体上。一个力跟它的分力是种等效替代关系。求与一个已知力等效的分力，我们就称为力的分解。我们知道无论有多少个共点力都可以用一个合力来等效替代，即力的合成是唯一的，那么力的分解是否也是唯一的呢？2力的分解法则【学生思考】请比较图2的实验和上节课“探究合力与分力的关系”实验得出结论。【小结】这两个实验都是利用橡皮筋的伸长量量度力的作用效果。如果把图2的实验步骤颠倒一下就成为“探究合力与分力的关系”实验。可见力的分解同样遵守平行四边形定则。教师在图2上画出分解拉力F的示意图。【学生实验】如图3，学生探究用两个弹簧秤将橡皮筋的结点拉到O，比较两个拉力的大小和方向发现可以用多组不同的力达到相同的效果。可见力的合成是唯一的，但力的分解却不是唯一的。如果没有条件限制，对于同一对角线，可以做出无数个不同的平行四边形。那么在实际应用中怎样分解一个已知力？从拉橡皮筋的例子看，我们是按力对橡皮筋的实际作用效果分解的，这种分解是否有普遍意义呢？请看下面的例子:例1：如图4，倾角为θ的斜面上放有一个物体，该物体受到的重力G能对物体产生哪些效果？请按作用效果分解重力。【学生实验】在水平伸出的手掌上放一本书，然后例手倾斜至书下滑。【教师讲授】书平放在平伸的手掌上时，书所受的重力产生了一个使它紧压手掌的作用效果。当手掌倾斜时，书对手掌的作用效果类似于置于斜面上的物体对斜面的作用效果，我们除感到手掌受到压力外，还明显感到书在沿手掌下滑，说明这时重力产生了两个作用效果：使书沿手掌下滑和使书紧压手掌。因此，重力G可以分解为这样两个分力：平行于斜面的下滑力F1和垂直于手掌向下的力F2如图5。F1=GSinθ,F2=GCosθ。注意引导学生区分重力垂直斜面方向的分力与物体对斜面的压力。【学生练习】为什么高大的立交桥要建有很长的引桥？例2：如图6，两块挡板夹一小球，将小球的重力按作用效果进行分解？【教师演示】如图7所示，将两块挡板和球之间垫上海绵，请学生观察海绵的形变情况。重力G产生了两个效果：分别垂直压向两板的力F1=G/Sinθ,F2=GCotθ，如图8所示。例3：如图9所示：在竖直墙上固定一个轻支架，横杆OA垂直于墙壁，斜杆OB与墙的夹角为θ，在支架的O点挂有一个重G的物体，怎样确定杆的受力方向？【学生实验】每两个学生一组，在座位上，一人右手（或左手要叉腰，另一人向下拉他的肘部，然后交换，体会拉力对手臂产生的两个作用效果。【教师讲授】竖直向下的拉力对两支架产生了沿杆方向的两个作用效果，使上杆受拉，下杆受压。由于是轻杆，拉力F可沿上述两个方向分解为两个分力F1=F/Cosθ,F2=Ftanθ，我们可用F1、F2等效替代拉力F对支架的作用。通过刚才的例题，同学们要掌握按力的作用效果进行分解力的方法：先根据力的实际作用效果确定分力的方向，再根据平行四边形定则求出分力的大小。刚才女生拉动男生的奥秘也跟力的分解有关：如图11，女生用较小的力就能沿绳的方向产生两个较大力，所以可以拉动男生。力的合成与分解遵循平行四边形定则，所有的矢量合成与分解都遵循平行四边形定则，但我们还可以从另一个角度看待平行四边形定则，有时候处理问题会更简便、直观。3三角形定则如图12所示，矢量AB和矢量BC在合成时，构成了一个三角形ABC，把两个矢量首尾相接从而求出合矢量的方法，叫做三角形定则。从图12可以看出三角形定则与平行四边形实质是一样的。矢量：既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则（或三角形定则）的物理量。标量：只有大小没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量。例4：如图13所示，物体受F1、F2、F3三个力的作用，则这3个力的合力有多大？（0N）课堂小结本节课主要学习了力的分解知识，同学们分力与合力概念的区别，力的分解与力的合成区别。尤其注意按实际效果将一个已知力分解是进行力的分解的一种重要方法，要逐步掌握并应用它去分析和解决实际问题。对于位移、速度、力等概念要有矢量意识，能自觉应用平行四边形定则（或三角形定则）进行矢量运算。作业设计巩固练习1.如图14，放在水平地面上的物体受到一个斜向上方的拉力F的作用，且F与水平方向成θ角，请按作用效果将力F分解？通过此题让学生练习按力的作用效果分解力，并能用数学中的三角函数来表示力的大小。2.为什么刀刃的夹角越小越锋利？请用力的分解知识进行解释。请你再举两个日常生活中应用力的分解的实例。通过此题让学生利用本堂课所学知识解决实际问题，体会物理从生活中来。课外作业《优化学案》P76（1-6题）家庭作业的布置既要能巩固学生本堂课所学内容，又要略有所拔高。但考虑到学生的学情，不易太难，因此选了四个概念辨析题、一个填空题、一个计算题。