力的合成和分解教案

-力的合成【教学重点】1从力的作用效果一样来理解合力与分力的概念2设计实验，探究求合力的方法3平行四边形法则的理解及应用【教学流程】创设情境，提出合力与分力概念给出问题情境，激发思考合力与分力关系设计探究求合力的实验方案分组实验学生讨论，得出结论练习与拓展例题、合力大小与角度关系、多力合成【教学过程】一、创设情境，提出合力分力的概念1出示卡通画，介绍共点力概念在大多数实际问题中，物体同时受到几个力，引入共点力和非共点力概念，分别给出共点力和非共点力的图片例如。在研究中如果使用质点模型，则受力均可以作为共点力处理。 本节课研究物体受共点力的情况。出示卡通画：小车均匀速向前运动，一头牛拉车的效果与三位同学拉车的效果一样。2学生小实验一个力气大的男生在讲台上提起一桶水，使水桶保持静止；另外两位同学一起提起这桶水并使之保持静止。分析在两种情况下这桶水的受力情况，并画出示意图。提问：可以发现各个力之间有什么关系. 学生讨论得到：F单独作用和F1、F2共同作用的力的效果一样。3引出等效替代关系，提出合力、分力概念从前面两个情境出发，抓住共同点：一个力单独作用时可以和多个力一起作用时产生一样的作用效果。自然地引出等效替代的关系，并从力的角度分析，得到合力、分力的概念。用问题引导学生讨论合力、分力的概念：谈合力、分力的出发点在于什么.力的作用效果一样，可以用一个合力去替代几个分力的作用合力与几个分力同时存在吗.不是，合力只是几个分力的等效替代，并不是物体又多受到了一个力二、探究求合力的方法1情境讨论，激发认知冲突 提问：前面三位同学拉车的情境中，如果三位同学水平向右的拉力分别为F1、F2、F3，则这三个力的合力是多少呢.方向是怎么样的呢. 学生利用以前所学的知识，可以得到合力F=F1+F2+F3，方向与三个拉力方向一样 提问：把所有的分力相加就得到合力的大小，这个方法就是求合力的方法吗.请学生讨论。 有学生提出异议，以前学过，两个力方向相反时，合力应该是两个力相减，方向与较大的力方向一样 提问：求合力就是把分力相加或者相减吗.实验：两个弹簧秤互成一定角度，提起几个钩码保持静止，分别读出弹簧秤示数。用一个弹簧秤提起同样的钩码保持静止，读出弹簧秤示数。提问：两个分力大小与合力既不满足相加关系，也不满足相减关系。如果给定两个分力，到底应该怎么去求这两个力的合力呢.2设计探究实验 提出任务：探究合力与分力之间到底有什么样的关系。介绍可用的实验器材：木板、白纸、弹簧秤2个、橡皮条、细绳、刻度尺、图钉、三角板。问题讨论，引导实验设计：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.两个弹簧秤拉橡皮条和一个弹簧秤拉橡皮条，使作用效果一样怎么样保证分力的作用效果与合力的作用效果一样.把橡皮条一端固定，保证另一端与绳子的节点拉到一样的位置需要记录哪些数据.怎么样来记录.橡皮条节点的位置，合力和分力的大小。引导讨论是否需要记录力的方向。讨论文字记录的缺乏，引导思考怎样更好地同时记录描述力的大小和方向.力的图示。 请各小组学生再整理探究实验的方案，确定明白实验的目的、过程、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展实验，并用力的图示记录实验结果。教师巡视，观察各小组实验进展情况，进展适当指导。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，猜测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。学生得出，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，合力为此对邻边所夹的对角线。各个小组实验时，力的大小和方向都各不一样，都能大致得到这样一个结论，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。演示实验，特殊角度特殊值验证即大纲版教材中本节的演示实验。橡皮条一端固定，另一端与绳系为节点。两分力互成90度，分别由三个钩码、四个钩码的重力提供。合力沿橡皮条拉伸方向，由5个钩码的重力提供。三、平行四边形定则两个共点力合成时，遵循平行四边形法则：以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，两邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。讨论：为什么力的合成两个力相加不是简单的加减，而是满足平行四边形法则呢.力是既有大小，又有方向的矢量，相加时既要考虑大小又要考虑方向，所以满足的法则必须是大小和方向同时考虑的。思考：对于有大小有方向的矢量相加，是否都不能简单地加减呢. 平行四边形定则适用于所有矢量的合成。四、练习与拓展1利用平行四边形定则求合力通过实验，可以发现一种直观的求两个分力的合力的方法作图法。请学生描述，用作图法求合力的步骤。看教科书例题，规作图法的方法步骤，强调不能遗漏合力的方向。如果两个分力夹角为90度，则此时力所成平行四边形为矩形，可以应用直角三角形的知识来计算合力的大小方向。再看教科书例题，请学生计算得到合力大小方向。2合力与两分力夹角的关系 提问：从平行四边形法则可以知道，合力的大小和方向随着F1、F2的夹角而变化。这个变化有什么样的规律. 学生画图思考，讨论 用几何画板制作的课件演示，合力随分力夹角的变化而变化。请学生根据演示总结出规律。 夹角为0度时，合力最大；夹角为180度时，合力最小；成其它角度时，大小介于二者之间3两个以上力的合成 提问：通过平行四边形法则知道两个力合成的方法，那如果有三个或者更多的力呢，应该如何合成. 学生思考讨论，得到利用平行四边形法则的多力合成方法。 总结多力合成方法，并告知下节课会进一步学习更简单的多力合成方法。 力的分解一、教学任务分析力的分解是继力的合成之后，对力的等效方式的进一步学习，是以后解决力学问题的一个重要方法，也是中学阶段其他矢量运算的根底。力的分解既是本章教学的重点，也是本章教学的难点。学习本节容需要的知识有：力的图示、力的合成、平形四边形定则和等效的思想方法。从生活中的常见的现象入手，通过演示实验和学生分组实验的探究，从等效的角度启发学生认识合力和分力，建立分力、力的分解的概念。根据学生分组实验的自主探究的结果，通过分析、比拟，总结出力的分解遵循平行四边形定则。根据学生对实例的分析，归纳、总结得出按力作用的实际效果进展分解的思想方法，以到达通过简单的个性问题的分析推广到一般的情况，起到突破难点的作用。 通过对简单实际问题的研究，使学生知道力的分解在生产和生活中的应用，从而自觉联系生活、生产和科技实际，激发求知欲望和研究周围事物的兴趣。二、教学目标1、知识与技能1知道力的分解是力的合成的逆运算。2理解分力和力的分解的概念。 3初步学会按力的实际作用效果来分解力。4初步学会用作图法求分力，初步学会用直角三角形的知识计算分力。5初步学会用力的分解知识解释一些简单的物理现象。2、过程与方法1通过本节学习，感受实验是建立物理概念、探究物理规律的必由之路。2通过用两个力等效地替代一个力，从而建立分力和力的分解概念，感受等效替代在力的合成与与分解学习中的重要性。3通过对力按实际作用效果进展分解的探究过程，感受具体问题具体分析的方法。3、情感、态度与价值观1通过联系生活实际情景，激发求知欲望和探究的兴趣。2通过对力的分解实际应用的分析与讨论，养成理论联系实际的自觉性。 3通过分组实验体验分工合作在实验过程中的重要作用，增强合作的意识。三、教学重点 难点教学重点：理解分力和力的分解的概念，利用平行四边形定则进展力的分解。教学难点：按实际作用效果分解力。四、教学资源1、教学器材1演示实验器材：一个1kg的砝码，一根细线，物品、刀刃的夹角不同的两把刀刀刃的夹角差距要大些、GQY数字化实验室数据采集分析器、GQY多功能实验台、斜面上力分解实验仪、小车、两个力传感器等，一端系有细绳的木块等2学生分组实验器材：木板、橡皮绳、细绳假设干、白纸、图钉、自制定量研究力的分解遵循平行四边形定则的DIS实验器材、力传感器、数据采集器、计算机 等 2、教学课件 力的分解课件几何画板五、教学设计思路本设计的容包括分力和合力的概念，力的分解两局部容。本设计的根本思路是：以生活中的常见现象和实验为根底，通过探究、分析、建立分力、力的分解概念。从等效的角度根据实验结论，通过分析、比拟，各次的分力的作用效果，归纳总结得出力的分解遵循平行四边形定则。通过简单实际问题的分析、讨论，归纳出按实际效果分解一个力的思路。 本设计要突出的重点是：分力、力的分解的概念和利用平行四边形定则进展力的分解。方法是：以生活中的常见现象入手，通过演示实验、学生分组实验，结合学生的亲身感受，从等效性的角度，通过分析、推理，建立分力和力的分解的概念，进而通过DIS学生分组实验得出力的分解同样遵循平行四边形定则。 本设计要突破的难点是：按实际作用效果分解力。方法是：结合简单实例，并通过演示实验，把抽象的问题转化为直观形象的问题，根据具体情况，分析力作用的实际效果，按实际效果的方向分解力，然后从简单问题中归纳出规律，并推广一般情况。本设计强调学生的主动参与，重视概念、规律的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育，重视学生合作意识和合作能力的培养。完本钱设计的容约需2课时。六、教学流程1、教学流程图活动学生实验2活动I演示实验1设问1活动学生实验1分 力力的分解问题I设问2分解的步骤与方法平行四边形定则活动实例、练习问题II设问32、教学流程说明活动I 演示实验1用一根细线系住砝码并提起砝码，然后用同一根细线对折后系住砝码，用两手分开细线拉物体，增大夹角直到细线断掉。设置上述演示实验的目的是激发学生的学习兴趣和求知欲望，通过设问I引入新课。活动学生分组实验1用一个力平行板面拉两端固定好的一根橡皮绳的结点位置，用两个力同是作用于橡皮绳的结点位置让其产生一样的效果。让学生边实验边分析力的作用效果怎样，总结得出概念。 设置这个学生分组实验的目的是让学生通过实验理解分力与合力的等效性并建立分力和力的分解的概念。活动学生实验2用自制DIS实验装置探究力的分解遵循的规律。用力传感器测绳的拉力，为了实验的简便可让两绳的拉力方向互相垂直。学生经过自己的探究得出力的分解也遵循平行四边形定则。 设置这个学生分组实验的目的是让学生通过探究得出力的分解也遵循平行四边形定则。活动 实例、练习实例分析：演示实验1静止在斜面上的物体不受其它外力的作用，它的重力按实际效果分解的DIS实验。按平行四边形定测得到的与用DIS实验测得的是一致的。2水平面上的物体受一个倾斜向上的拉力F作用时，拉力F的分解。3刀刃劈物时力的分解演示实验，学生分析作用在刀上的向下的力按作用效果的两个分力的方向。设置的目的是通过把问题转化为简单的几个演示实验，便于突破难点，得到按作用效果分解一个力的根本步骤和方法。3、教学的几个主要环节：本节课可以分为三主要个教学环节。第一环节，通过情景和学生活动引人力的分解的概念。第二环节，通过学生实验探究得出力的分解遵循平行四边形定则。第三环节，为通过实例的分析、归纳总结力按作用效果分解的步骤和方法。七、教案例如：一引入1、观察演示实验提出问题演示实验1：用一根细线系住砝码并提起砝码，然后用同一根细线对折后系住砝码，用两手分开细线拉物体，增大夹角直到细线断掉。设问1：为什么用一根细线提起砝码细线没断，用两根细线提物体时细线反而断掉了2、导入新课我们可以用这节课学习的容力的分解的知识来答复上面的问题。二通过实验建立概念1、实验探究装置介绍：实验2：学生分组实验如图， 略学生分组实验：一块木板上面固定一白纸，在把一根橡皮绳的两端固定在木板上,并在两绳结点处系两细线，第一次用竖直向下的一个力F拉伸两根橡皮绳,使结点到达*一位置。请学生答复观察到的现象。引导学生观察分析：橡皮绳OA、OB都发生了形变，说明力F产生了两个效果，这两个作用效果相当于两个分别沿OA、OB的拉力产生的，可以用两个沿OA、OB方向的拉力F1、F2同时作用于结点上来替代F让结点到达一样的位置而使其效果不变。根据分析请同学继续进展实验操作：如下图用两个力F1、F2同时作用于结点上来代替F，沿OA、OB方向拉橡皮绳来替代F让结点到达一样的位置而使其效果不变。 A B OF A B OF1 F22、归纳总结 学生通过对实验的观察和分析,理解力F1和F2共同产生的效果与力F产生的效果是等效的,在引导学生结合已学过的力的合成一节容归纳总结建立概念。 A B C D O设问2：力的分解遵循什么规律.三、通过实验和类比探究规律1、实验装置介绍 实验3：学生分组实验实验装置简单介绍：如图自制DIS实验装置，其中AB、CD两绳与力传感器相连，力传感器与数据采集器相连，BO、CO绳的拉力可由数据采集器直接得到，O点所挂砝码的质量质量的砝码一组。2、学生实验探究请同学们分组实验操作，提示学生正确安装仪器。学生操作四次作的快的同学可多进展几次为了实验方便，请学生在这几次实验中都保持OBOC。第一次：在结点O处挂上钩码让绳OBOC。记录两绳的拉力、钩码的重力及O点和位置填入表格中。 第二次：改变钩码的个数，重复第一次操作。第三次：改变第一次操作中的O点的位置，同前面操作记录数据。第四次：改变第二次操作中的O点的位置，同前面操作记录数据。请同学们分析实验数据在实验误差允许的围得出结论：力的分解遵循平行四边形定则。3、通过归纳、总结得出规律1分力的合力就是原来被分解的那个力。2这几个力与原来那个力可“等效代替。3力的分解是力的合成的逆运算4应该遵循平行四边形定则设问3：怎样分解一个力.四实例分析一个力的大小和方向不加任何条件的限制则它的分解情况如何. F1 F2 F 请学生答复：应有无数种分解的方法，因为可以这个力为对角线做出无数个平行四边形。教师展示课件。用几何画板做的课件教师：在实际应用中是根据力的作用效果来分解的。1、实例分析实例1：如图斜面上物体重力的分解学生讨论：斜面上的物体在重力的作用下实际上有哪两种效果.学生答复：沿斜面产生下滑的趋势和垂直斜面产生下压作用。如下图，斜面上的物体的重力可分解为沿斜面向下的分力和垂直斜面向下的分力。0300450600900F1/NF2/NF1=FsinF2 = Fcos将角取不同值时，F1、F2的值填入表中DIS演示实验：装置介绍：略学生记录数据填入表格。比拟分析数据与理论计算一样FF1F2o实例2：如图水平面上的物体受一个倾斜向上的拉力F作用时，根据实际作用效果，把拉力F分解两分力。 演示实验：把物体放在水平放置的大一点的毛刷上，当加一个倾斜向上的力时，请学生观察毛刷上边毛的形状的变化情况。学生讨论分析：拉力F作用实际上有哪两种效果.学生答复：F产生了向上拉的效果和水平向前拉的效果。F1 F2 F O可分解竖直向上的分力F1和水平向前的分力F2 。 实例3：用刀劈木柴学生讨论：刀向下劈木柴的力的实际作用效果。学生答复：使木柴被刀向两面推开劈开分力的方向如何.教师引导学生应从木柴被刀向两面推开的角度来分析，可确定两个分力的方向。学生答复：垂直刀的两个侧面，如下图。学生讨论：分力F1、F2的大小与刀刃的夹角的关系学生答复：刀刃的夹角越小，则F1、F2越大。可以解释引入新课时留有的问题。2、归纳总结：按力的实际效果分解一个力的思路，在学生充分讨论的根底上，由学生分析归纳：1确定力的实际作用效果2确定分力的方向3由平行四边形定则画出平行四边形. z.