5. 力的合成1

力的合成教学设计泰兴市第四高级中学 张春涛一、教材分析本节使用的教材是教科版普通高中课程标准实验教科书物理（必修1）第2章第5节。本节内容是在学生学习力的图示、重力、弹力、摩擦力等相关力学知识的基础上，进一步学习力的合成。教材首先借助生活中情境定性分析合力与分力的关系，然后启发学生结合实验来进一步探究合力与分力的定量关系让学生切身体会合力与分力之间的量值关系，不再是简单的代数运算，而是遵从平行四边形定则这一普遍的矢量运算法则。“力的合成”这一节，前接三种常见的力，后续力的分解和力学一些重要定律的应用，具有承上启下的作用。本节课运用等效替代的思想来进行平行四边形定则的教学，因而培养学生建立等效替代的概念是很重要的。【教学目标】（一）知识目标 1、能从力作用的等效性来理解合力和分力的概念，初步体会等效替代的物理思想，知道共点力的概念。 2、能通过实验探究求合力的方法平行四边形定则 。 3、会用作图法和直角三角形知识求解合力。 4、知道合力的大小和分力间夹角的关系。 （二）过程与方法 1通过合力与分力概念的建立过程，体会物理学中常用的研究方法等效替代法。 2通过探究求互成角度的两个力的合力方法的过程，让学生体验科学探究过程。（三）情感态度与价值观 1体会逻辑思维和实验相结合研究问题的方法，由此体验到科学研究的乐趣。2体会科学研究中合作、交流的重要性和必要性。 【教学重点】让学生通过对实验探究的参与，认识互成角度的两个力合成的情况，从而培养学生对物理现象的观察、归纳、总结能力。【教学难点】1让学生了解等效替代法，认识等效替代的重要作用；2要求学生能在观察自然、生活现象中发现问题，勇于探究自然现象和日常生活中蕴含的物理知识。【实验器材】多媒体教学设备；每组实验器材：木板、弹簧秤2个、橡皮筋1条（带两个细线套）、白纸1张、图钉几个、三角板一对 【教学方法】问题导学法、实验探究、讲授、讨论、练习。二、教学设计课前预习（预习提纲提前发放并由学生自主完成）知识检查1、力的作用效果 使物体发生形变 改变物体的运动状态 2、力的表示方式 力的图示 、 力的示意图 3、力的三要素是 大小 、 方向 、 作用点 4、要正确表示一个力应用 力的图示 ，即要体现 力的三要素 。 用力的图示表示力时必须先选定一定的标度 (一) 合力和分力学生实验:1、请两位女同学把装有水的水桶提到一定高度（悬空）（悬空）2、请一位男同学把这个的水桶也提到一定高度。问题1：刚才的实验中两位女同学同时施力F1和 F2把装有水的水桶从地面提起，而另一男同学只用一只手的力（F）就把同一水桶提起。请大家画出这两种情况下水桶的受力示意图,并思考一个力（F）和两个力（F1、 F2）之间的效果有什么关系?（效果相同）教师展示学生的受力图(如图2-6-1),并得出合力与分力的概念。图2-6-1合力和分力：如果一个力作用在物体上,它产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同,则这个力就叫那几个力的合力,而那几个力就叫这个力的分力。思考：在对一个物体受力分析时，物体是否同时受到分力和合力的作用呢?（它们并不同时作用于物体上,所以不能把合力和分力同时当成物体受的力。它们是等效替代的关系。）(二) 力的合成定义:求几个力的合力的过程,称为力的合成。（高中阶段只研究共点力的合成）问题2什么样的力是共点力?定义:几个力如果都作用在物体的同一点,或者几个力作用在物体上的不同点,但这几个力的作用线延长后相交于同一点,这几个力就叫共点力。教师指出:看几个力是不是共点力,不仅要看这几个力是不是作用于同一个点,还要看它们的延长线是不是交于同一个点。例题1（多选）、关于共点力，下列说法中正确的是( )A作用在一个物体上的两个力，如果大小相同，方向相反，这两个力是共点力B作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，则这两个力是共点力C作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点不在同一点上，则这几个力一定不是共点力D作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线可以汇交于一点，则这几个力是共点力问题3如何求两个共点力的合力？ 它们之间的关系是否满足相加或相减？教师总结当两个力方向相同时合力的大小等于两个分力相加；当两个力方向相反时合力的大小等于两个分力相减；那么当两个力方向不共线时合力又满足什么关系呢？特殊值实验演示 (即教材中本节的演示实验)：两分力互成90提起重物,分别由三个钩码、四个钩码的重力提供；合力由5个钩码的重力提供。判断其满足的关系验证学生猜想(三) 探究共点力合成的规律(学生分组实验，三人一组)设计探究实验:1. 提出任务:探究合力与分力之间到底有什么样的关系。每组实验器材:木板、白纸、弹簧测力计(2个)、橡皮筋、细绳（带绳套）、刻度尺、图钉、三角板。2. 问题讨论,引导实验设计:(1) 根据器材,可以用什么方法来得到分力,以及两个分力的合力?(两个弹簧测力计拉橡皮筋和一个弹簧测力计拉橡皮筋,使两次作用效果相同)(2) 怎么样保证分力的作用效果与合力的作用效果相同?(把橡皮筋一端固定,保证另一端即橡皮筋与绳套的节点拉到相同的位置)(3) 需要记录哪些数据?(橡皮筋节点的位置、合力和分力的大小和方向)怎么样来记录力的方向呢?(在作用线上取两个投影点点，再连接两点间的直线即可得到力的方向)请各小组学生再整理探究实验的方案,明确实验的目的、过程和操作。3. 小组实验,记录实验结果各小组根据自行整理好的方案进行实验,并用力的图示记录实验结果。教师巡视,观察各小组实验进行情况,进行适当指导。4. 思考讨论,得出实验结论观察实验得到的F及F1、 F2的大小和方向,猜想F1、 F2和F之间有什么样的关系。引导学生适当地添加辅助线,研究几何关系。归纳连接分力和合力的末端,得到的几何图形大致是一个平行四边形,两个分力为平行四边形的一对邻边,合力为这对邻边所夹的对角线。教师指出:各个小组实验时,力的大小和方向虽然各不相同,但都能大致得到这样一个相同的结论,说明有一定的普遍性。请各小组再次实验,改变力的大小、方向,看是否满足同样的结论。合成的法则:平行四边形定则例题2（多选）、在“探究共点力合成规律”的实验中,为了减小实验误差,下列说法正确的有( )A. 描点、作图时的铅笔尖一些,并使图尽量大些B. 拉橡皮筋的细绳尽量长些C. 在用两个弹簧测力计拉时,两细绳的夹角尽量大些D. 在两次拉橡皮筋时只要保证两次橡皮筋的伸长量相同即可问题5：合力大小与两分力夹角之间有什么关系?合力一定大于或小于任何一个分力吗?结论(1)两个大小一定的力F1、 F2,当它们间的夹角由0增大到180的过程中,合力F的大小随着分力F1、 F2夹角的增大而减小,两个分力夹角为0时合力F最大,为180时合力F最小。(2) 合力F既可以大于、也可以小于或等于任意一个分力。(3) 合力F大小的变化范围:|F1F2|FF1+F2。例题3（多选）、下列关于合力和分力的说法中,正确的是( )A. 分力与合力同时作用在物体上B. 分力同时作用在物体上时产生的效果与合力单独作用在物体上产生的效果相同C. 几个力的合力就是这几个力的代数和D. 合力可能大于、等于或小于任一分力(四) 互成直角的两个力的合成问题6互成直角的两个共点力的合力怎样计算。在互成角度的两个共点力合成的问题中,两个共点力互成直角是一个特殊情况,在计算中可以方便的应用勾股定理与三角函数来进行,也可以用作图法来求解。合力的大小F= 合力与F2的夹角tan 例题4（多选）、两个共点力的大小分别为F1和F2，作用于物体的同一点。两力同向时，合力为A，两力反向时，合力为B，当两力互相垂直时合力为( )A. B. C. D. 思考：如何求多个共点力的合力? 求多个共点力的合力，可以先求任意两个力的合力，再求这个合力与第三个力的合力，依次进行，最后求得全部共点力的合力。例如：求F1，F2，F3的合力F123【巩固练习】：1、关于合力的下述说法中正确的是( )A. 合力的性质与原来分力性质相同B. 合力与原来的分力间的关系是等效替代关系C. 合力总比分力大D. 合力总比一个分力大,比另一个分力小2、两个力大小分别为2 N和4 N，作用方向在同一直线上，则它们的合力大小可能是()A0 B6 N C7 N D8 N第3题图3、在“探究共点力合成的规律”的实验中某同学的实验情况如图所示，其中A为固定橡皮筋的图钉，O为橡皮筋与细绳的结点，OB和OC为细绳。(1)本实验采用的科学方法是()A理想实验法 B等效替代法 C控制变量法 D建立物理模型法(2) 要使每次合力与分力产生相同的效果,必须( ) A. 每次将橡皮筋拉到同样的位置 B. 每次把橡皮筋拉直C. 每次准确读出弹簧测力计的示数 D. 每次记准细绳的方向(3)本实验中，为了提高实验的准确性,减小误差,实验中应注意的有()A两个分力F1、F2间的夹角越大越好B拉橡皮筋的细绳要稍长一些C实验中，弹簧测力计必须与木板平行D读数时视线要正对弹簧测力计刻度(4)某同学的实验结果如图所示,其中A为固定橡皮筋的图钉,O为橡皮筋与细绳结点的位置。图中 是力F1与F2的合力的理论值; 是力F1与F2的合力的实验值。通过把 和 进行比较,验证平行四边形定则。附1：答案：例题1、BD 例题2、AB例题3、BD解析合力与分力是等效替代关系,合力产生的作用效果与分力共同作用的效果相同,因而合力与分力不是同时作用在物体上,故A项错,B项正确;力是矢量,力的合成遵循矢量运算法则,即平行四边形定则,故C项错;由平行四边形定则可知,合力与分力的大小没有必然的联系,合力可能大于、小于或等于任一分力,故D项正确。 例题4、B课后巩固练习：1、B解析在力的合成中,合力并不是一个真实存在的力,找不到合力的施力者。合力与分力的概念是建立在效果相同即所谓的等效的基础上的,因此,合力也就没有性质的问题。合力这个“合”字的意义不是代数中的“和”。合力F既可以大于,也可以等于或小于原来的任意一个分力,一般地|F1-F2|F|F1+F2|。2、 B 3、 (1) B (2) A (3) BCD (4)F；F；F ；F 【教后反思】 教学设计的特点：1、本节是一节实验探究课，结合“翻转课堂”新的教学模式探究是我的设计目标。我的设计预期目标通过自主学习部分学生知道这节课要学习的内容和规律，能用规律解决一些较为粗浅、简单的问题。结合课本和合作探究部分的问题，学生能了解实验原理、从而引导学生自己设计完成实验。通过导学题纲让学生感受实验探究的无穷魅力。所以，我的课堂与导学题纲严丝合缝，环环相扣。2、先猜测后用实验验证，从而得出平行四边形定则。我相信经过这节课的学习学生一定会很坚定地告诉你：分力与合力满足平行四边形的关系。实践是检验真理的唯一标准，学生经历了这个过程对矢量运算就会有一个较为深刻的印象。缺点是浪费了时间，但我认为这是值得的。学生的收获远比多做几个题多得多。3、注重对学生的启发，不搞满堂灌，不搞一言堂。比如让学讨论、交流、对实验过程中误差的分析思考。通过引导启发学生的思考，让学生亲自体验解决问题的过程，从而提高物理的学习兴趣。不足之处：在课堂上的许多环节不敢大胆放手给学生。对学生发展的需求及发展中富有个性的学习关注不够。为了完成教学任务留给学生的时间很少。在安排学生自己体会时，总不免多次打断学生的思路，试图进行补充说明，或是教给学生体会什么，如何体会。这都表现出过多的担忧，不合理的控制。改进措施在以后的教学中我将在教给学生方法比教知识更重要的新理念下，更多地让学生通过分析、归纳、讨论、探索，去建构知识，解决问题，这样不仅能将老师从繁琐的推导中解脱出来，而且还会丰富学生的活动，使其主体地位进一步凸现出来。在安排学生体会的同时布置些新任务，让学生提出新问题，探索新思路，思考如何将知识个性化等，再结合适当的反馈检查，学生的学习质量定会上一个新台阶。