5. 力的合成1

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1、《力的合成》教學(xué)設(shè)計 泰興市第四高級中學(xué) 張春濤 一、教材分析 本節(jié)使用的教材是教科版普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書《物理》（必修1）第2章第5節(jié)。本節(jié)內(nèi)容是在學(xué)生學(xué)習(xí)力的圖示、重力、彈力、摩擦力等相關(guān)力學(xué)知識的基礎(chǔ)上，進(jìn)一步學(xué)習(xí)力的合成。教材首先借助生活中情境定性分析合力與分力的關(guān)系，然后啟發(fā)學(xué)生結(jié)合實驗來進(jìn)一步探究合力與分力的定量關(guān)系——讓學(xué)生切身體會合力與分力之間的量值關(guān)系，不再是簡單的代數(shù)運算，而是遵從平行四邊形定則——這一普遍的矢量運算法則。“力的合成”這一節(jié)，前接三種常見的力，后續(xù)力的分解和力學(xué)一些重要定律的應(yīng)用，具有承上啟下的作用。 本節(jié)課運用等效替代的思想來進(jìn)行平行四邊形

2、定則的教學(xué)，因而培養(yǎng)學(xué)生建立等效替代的概念是很重要的。 【教學(xué)目標(biāo)】? （一）知識目標(biāo) 1、能從力作用的等效性來理解合力和分力的概念，初步體會等效替代的物理思想，知道共點力的概念。 2、能通過實驗探究求合力的方法——平行四邊形定則 。 3、會用作圖法和直角三角形知識求解合力。 4、知道合力的大小和分力間夾角的關(guān)系。 （二）過程與方法 1．通過合力與分力概念的建立過程，體會物理學(xué)中常用的研究方法——等效替代法。 2．通過探究求互成角度的兩個力的合力方法的過程，讓學(xué)生體驗科學(xué)探究過程。 （三）情感態(tài)度與價值觀 1．體會邏輯思維和實驗相結(jié)合研究問題的方法，由此體

3、驗到科學(xué)研究的樂趣。 2．體會科學(xué)研究中合作、交流的重要性和必要性。 【教學(xué)重點】 讓學(xué)生通過對實驗探究的參與，認(rèn)識互成角度的兩個力合成的情況，從而培養(yǎng)學(xué)生對物理現(xiàn)象的觀察、歸納、總結(jié)能力。 【教學(xué)難點】 1．讓學(xué)生了解等效替代法，認(rèn)識等效替代的重要作用； 2．要求學(xué)生能在觀察自然、生活現(xiàn)象中發(fā)現(xiàn)問題，勇于探究自然現(xiàn)象和日常生活中蘊含的物理知識。 【實驗器材】 多媒體教學(xué)設(shè)備；每組實驗器材：木板、彈簧秤2個、橡皮筋1條（帶兩個細(xì)線套）、白紙1張、圖釘幾個、三角板一對 【教學(xué)方法】 問題導(dǎo)學(xué)法、實驗探究、講授、討論、練習(xí)。 二、教學(xué)設(shè)計 課前預(yù)習(xí)（預(yù)習(xí)提綱提前發(fā)放并由

4、學(xué)生自主完成） 知識檢查 1、力的作用效果 使物體發(fā)生形變 改變物體的運動狀態(tài) 2、力的表示方式 力的圖示 、 力的示意圖 3、力的三要素是 大小 、 方向 、 作用點 4、要正確表示一個力應(yīng)用 力的圖示 ，即要體現(xiàn) 力的三要素 。 用力的圖示表示力時必須先選定一定的標(biāo)度 (一) 合力和分力 學(xué)生實驗: 1、請兩位女同學(xué)把裝有水的水桶提到一定高度（懸空）（懸空） 2、請一位男同學(xué)把這個的水桶也提到一定高度。 問題1：剛才的實驗中兩位女同學(xué)同時施力F1和 F2把裝有水的水桶從地面提起，而另一男同學(xué)只用一只手的力

5、（F）就把同一水桶提起。請大家畫出這兩種情況下水桶的受力示意圖,并思考一個力（F）和兩個力（F1、 F2）之間的效果有什么關(guān)系?（效果相同） 教師展示學(xué)生的受力圖(如圖2-6-1),并得出合力與分力的概念。 圖2-6-1 　　合力和分力：如果一個力作用在物體上,它產(chǎn)生的效果跟幾個力共同作用在物體上產(chǎn)生的效果相同,則這個力就叫那幾個力的合力,而那幾個力就叫這個力的分力。 思考：在對一個物體受力分析時，物體是否同時受到分力和合力的作用呢? ?。ㄋ鼈儾⒉煌瑫r作用于物體上,所以不能把合力和分力同時當(dāng)成物體受的力。它們是等效替代的關(guān)系。） (二) 力的合成 　　定義:求幾個力的合力的過

6、程,稱為力的合成。（高中階段只研究共點力的合成） 問題2　什么樣的力是共點力? 　　定義:幾個力如果都作用在物體的同一點,或者幾個力作用在物體上的不同點,但這幾個力的作用線延長后相交于同一點,這幾個力就叫共點力。 教師指出:看幾個力是不是共點力,不僅要看這幾個力是不是作用于同一個點,還要看它們的延長線是不是交于同一個點。 例題1（多選）、關(guān)于共點力，下列說法中正確的是(　 ) A．作用在一個物體上的兩個力，如果大小相同，方向相反，這兩個力是共點力 B．作用在一個物體上的兩個力，如果是一對平衡力，則這兩個力是共點力 C．作用在一個物體上的幾個力，如果它們的作用點不在同一點上，則這

7、幾個力一定不是共點力 D．作用在一個物體上的幾個力，如果它們的作用線可以匯交于一點，則這幾個力是共點力 問題3　如何求兩個共點力的合力？ 它們之間的關(guān)系是否滿足相加或相減？ 教師總結(jié)　當(dāng)兩個力方向相同時合力的大小等于兩個分力相加； 當(dāng)兩個力方向相反時合力的大小等于兩個分力相減； 那么當(dāng)兩個力方向不共線時合力又滿足什么關(guān)系呢？ 特殊值實驗演示 (即教材中本節(jié)的演示實驗)：兩分力互成90°提起重物,分別由三個鉤碼、四個鉤碼的重力提供；合力由5個鉤碼的重力提供。判斷其滿足的關(guān)系 驗證學(xué)生猜想 (三) 探究共點力合成的規(guī)律(學(xué)生分組實驗，三人一組) 設(shè)計探究實驗: 1. 提出任務(wù):

8、探究合力與分力之間到底有什么樣的關(guān)系。每組實驗器材:木板、白紙、彈簧測力計(2個)、橡皮筋、細(xì)繩（帶繩套）、刻度尺、圖釘、三角板。 2. 問題討論,引導(dǎo)實驗設(shè)計: (1) 根據(jù)器材,可以用什么方法來得到分力,以及兩個分力的合力? (兩個彈簧測力計拉橡皮筋和一個彈簧測力計拉橡皮筋,使兩次作用效果相同) (2) 怎么樣保證分力的作用效果與合力的作用效果相同? (把橡皮筋一端固定,保證另一端即橡皮筋與繩套的節(jié)點拉到相同的位置) (3) 需要記錄哪些數(shù)據(jù)? (橡皮筋節(jié)點的位置、合力和分力的大小和方向)　 怎么樣來記錄力的方向呢? (在作用線上取兩個投影點點，再連接兩點間的直線即可

9、得到力的方向)　 請各小組學(xué)生再整理探究實驗的方案,明確實驗的目的、過程和操作。 3. 小組實驗,記錄實驗結(jié)果 　　各小組根據(jù)自行整理好的方案進(jìn)行實驗,并用力的圖示記錄實驗結(jié)果。教師巡視,觀察各小組實驗進(jìn)行情況,進(jìn)行適當(dāng)指導(dǎo)。 4. 思考討論,得出實驗結(jié)論 觀察實驗得到的F及F1、 F2的大小和方向,猜想F1、 F2和F之間有什么樣的關(guān)系。引導(dǎo)學(xué)生適當(dāng)?shù)靥砑虞o助線,研究幾何關(guān)系。 歸納　連接分力和合力的末端,得到的幾何圖形大致是一個平行四邊形,兩個分力為平行四邊形的一對鄰邊,合力為這對鄰邊所夾的對角線。 　　教師指出:各個小組實驗時,力的大小和方向雖然各不相同,但都能大致得到這樣

10、一個相同的結(jié)論,說明有一定的普遍性。請各小組再次實驗,改變力的大小、方向,看是否滿足同樣的結(jié)論。 合成的法則:平行四邊形定則 例題2（多選）、　在“探究共點力合成規(guī)律”的實驗中,為了減小實驗誤差,下列說法正確的有( ) A. 描點、作圖時的鉛筆尖一些,并使圖盡量大些 B. 拉橡皮筋的細(xì)繩盡量長些 C. 在用兩個彈簧測力計拉時,兩細(xì)繩的夾角盡量大些 D. 在兩次拉橡皮筋時只要保證兩次橡皮筋的伸長量相同即可 問題5：合力大小與兩分力夾角之間有什么關(guān)系?合力一定大于或小于任何一個分力嗎? 結(jié)論(1)兩個大小一定的力F1、 F2,當(dāng)它們間的夾角由0°增大到180°的過

11、程中,合力F的大小隨著分力F1、 F2夾角的增大而減小,兩個分力夾角為0°時合力F最大,為180°時合力F最小。 (2) 合力F既可以大于、也可以小于或等于任意一個分力。 (3) 合力F大小的變化范圍:|F1—F2|≤F≤F1+F2。 例題3（多選）、下列關(guān)于合力和分力的說法中,正確的是 ( ) A. 分力與合力同時作用在物體上 B. 分力同時作用在物體上時產(chǎn)生的效果與合力單獨作用在物體上產(chǎn)生的效果相同 C. 幾個力的合力就是這幾個力的代數(shù)和 D. 合力可能大于、等于或小于任一分力 (四) 互成直角的兩個力的合成 問題6　互成直角的兩個共點力的合力怎樣計算。 在互成

12、角度的兩個共點力合成的問題中,兩個共點力互成直角是一個特殊情況,在計算中可以方便的應(yīng)用勾股定理與三角函數(shù)來進(jìn)行,也可以用作圖法來求解。 合力的大小F= 合力與F2的夾角tan θ＝ 例題4（多選）、兩個共點力的大小分別為F1和F2，作用于物體的同一點。兩力同向時，合力為A，兩力反向時，合力為B，當(dāng)兩力互相垂直時合力為(　 ) A.　　　　　 B. C. D. 思考：如何求多個共點力的合力? 求多個共點力的合力，可以先求任意兩個力的合力，再求這個合力與第三個力的合力，依次進(jìn)行，最后求得全部共點力的合力。 例如：求F1，F(xiàn)2，F(xiàn)3的合力F123

13、 【鞏固練習(xí)】： 1、關(guān)于合力的下述說法中正確的是 ( ) A. 合力的性質(zhì)與原來分力性質(zhì)相同 B. 合力與原來的分力間的關(guān)系是等效替代關(guān)系 C. 合力總比分力大 D. 合力總比一個分力大,比另一個分力小 2、兩個力大小分別為2 N和4 N，作用方向在同一直線上，則它們的合力大小可能是(　　) A．0　 　B．6 N C．7 N D．8 N 第3題圖 3、在“探究共點力合成的規(guī)律”的實驗中某同學(xué)的實驗情況如圖所示，其中A為固定橡皮筋的圖釘，O為橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點，OB和OC為細(xì)繩。 (1)本實驗采用的科學(xué)

14、方法是(　　) A．理想實驗法 B．等效替代法 C．控制變量法 D．建立物理模型法 (2) 要使每次合力與分力產(chǎn)生相同的效果,必須 ( ) A. 每次將橡皮筋拉到同樣的位置 B. 每次把橡皮筋拉直 C. 每次準(zhǔn)確讀出彈簧測力計的示數(shù) D. 每次記準(zhǔn)細(xì)繩的方向 (3)本實驗中，為了提高實驗的準(zhǔn)確性,減小誤差,實驗中應(yīng)注意的有(　　) A．兩個分力F1、F2間的夾角越大越好 B．拉橡皮筋的細(xì)繩要稍長一些 C．實驗中，彈簧測力計必須與木板平行 D．讀數(shù)時視線要正對彈簧測力計刻度 (4)某同學(xué)的實驗結(jié)果如圖所示,其中A為固定橡皮筋的圖釘,O為橡皮筋與

15、細(xì)繩結(jié)點的位置。圖中　 是力F1與F2的合力的理論值;　　 　是力F1與F2的合力的實驗值。通過把 　和 　進(jìn)行比較,驗證平行四邊形定則。? 附1：答案： 例題1、BD 例題2、AB 例題3、BD 解析　合力與分力是等效替代關(guān)系,合力產(chǎn)生的作用效果與分力共同作用的效果相同,因而合力與分力不是同時作用在物體上,故A項錯,B項正確;力是矢量,力的合成遵循矢量運算法則,即平行四邊形定則,故C項錯;由平行四邊形定則可知,合力與分力的大小沒有必然的聯(lián)系,合力可能大于、小于或等于任一分力,故D項正確。 例題4、B 課后鞏固練習(xí)： 1、B解析　在力的合成中,合力并不是一個真實存

16、在的力,找不到合力的施力者。合力與分力的概念是建立在效果相同即所謂的等效的基礎(chǔ)上的,因此,合力也就沒有性質(zhì)的問題。合力這個“合”字的意義不是代數(shù)中的“和”。合力F既可以大于,也可以等于或小于原來的任意一個分力,一般地|F1-F2|≤F≤|F1+F2|。 2、 B 3、 (1) B (2) A (3) BCD (4)　F　；F'?。弧　 ；　F'　 【教后反思】 教學(xué)設(shè)計的特點： 1、本節(jié)是一節(jié)實驗探究課，結(jié)合“翻轉(zhuǎn)課堂”新的教學(xué)模式探究是我的設(shè)計目標(biāo)。我的設(shè)計預(yù)期目標(biāo)①通過自主學(xué)習(xí)部分學(xué)生知道這節(jié)課要學(xué)習(xí)的內(nèi)容和規(guī)律，能用規(guī)律解決一些較為粗淺、簡單的問題

17、。②結(jié)合課本和合作探究部分的問題，學(xué)生能了解實驗原理、從而引導(dǎo)學(xué)生自己設(shè)計完成實驗。③通過導(dǎo)學(xué)題綱讓學(xué)生感受實驗探究的無窮魅力。所以，我的課堂與導(dǎo)學(xué)題綱嚴(yán)絲合縫，環(huán)環(huán)相扣。 2、先猜測后用實驗驗證，從而得出平行四邊形定則。我相信經(jīng)過這節(jié)課的學(xué)習(xí)學(xué)生一定會很堅定地告訴你：分力與合力滿足平行四邊形的關(guān)系。實踐是檢驗真理的唯一標(biāo)準(zhǔn)，學(xué)生經(jīng)歷了這個過程對矢量運算就會有一個較為深刻的印象。缺點是浪費了時間，但我認(rèn)為這是值得的。學(xué)生的收獲遠(yuǎn)比多做幾個題多得多。 3、注重對學(xué)生的啟發(fā)，不搞滿堂灌，不搞一言堂。比如讓學(xué)討論、交流、對實驗過程中誤差的分析思考。通過引導(dǎo)啟發(fā)學(xué)生的思考，讓學(xué)生親自體驗解決問題的

18、過程，從而提高物理的學(xué)習(xí)興趣。 不足之處： 在課堂上的許多環(huán)節(jié)不敢大膽放手給學(xué)生。對學(xué)生發(fā)展的需求及發(fā)展中富有個性的學(xué)習(xí)關(guān)注不夠。為了完成教學(xué)任務(wù)留給學(xué)生的時間很少。在安排學(xué)生自己體會時，總不免多次打斷學(xué)生的思路，試圖進(jìn)行補(bǔ)充說明，或是教給學(xué)生體會什么，如何體會。這都表現(xiàn)出過多的擔(dān)憂，不合理的控制。 改進(jìn)措施 在以后的教學(xué)中我將在教給學(xué)生方法比教知識更重要的新理念下，更多地讓學(xué)生通過分析、歸納、討論、探索，去建構(gòu)知識，解決問題，這樣不僅能將老師從繁瑣的推導(dǎo)中解脫出來，而且還會豐富學(xué)生的活動，使其主體地位進(jìn)一步凸現(xiàn)出來。在安排學(xué)生體會的同時布置些新任務(wù)，讓學(xué)生提出新問題，探索新思路，思考如何將知識個性化等，再結(jié)合適當(dāng)?shù)姆答仚z查，學(xué)生的學(xué)習(xí)質(zhì)量定會上一個新臺階。