《力的合成》教学设计

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  【教材分析】
  学生在初中已经接触过同一直线上两个力的合成方法,在第一章也已经初步接触到位移的矢量合成,本节内容进一步介绍矢量运算的普遍法则——平行四边形定则,这个定则是矢量运算的工具,故本节内容同样是高中物理的“基石”。教材用简单的语言和一幅卡通画引入了合力、分力的概念及等效替代的物理思想。将求合力的方法——平行四边形定则,由传统教材的验证试验改成探究实验。为了降低探究的难度,书中写出了探究时要注意的4个问题,以及“建议用虚线的箭头端分别与两个合力的箭头端连接”等话语突破学生的思维障碍。教材通过“思考与讨论”栏目让学生知道合力与原来两个分力夹角的关系,最后通过两幅生活中的插图说明了共点力的概念。
  【教学目标】
  (1)能从力的作用效果理解合力与分力的概念。
  (2)掌握力的平行四边形定则。
  (3)知道合力的大小与分力之间夹角的关系。
  【教学重点】
  (1)合力与分力的关系。
  (2)对平行四边形定则的理解和应用。
  【教学难点】
  (1)运用等效替代的思想理解合力的概念。
  (2)引导学生得出平行四边形定则的探究过程。
  【教学方法】
  演示实验、讨论、交流。
  【教学用具】
  实验器材:白纸、图钉、橡皮条、细绳套、弹簧秤、三角板、量角器。
  【教学过程】
  一、合力、分力
  演示实验一: 两位同学互成角度的共同提一桶水,使水桶在空中处于静止状态。
  一位同学单独提这桶水,同样也可以使水桶在空中处于静止状态。
  展示图片1: 把三位同学的实验展示在投影仪上,用一个力F表示单独一位同学提水所用的力。用F1、F2表示两位同学提水所用的力。提起同一桶水并处于静止状态。说明F的作用效果和F1、F2的作用效果相同。
  展示图片2: 拉动同一辆车,可以由三个拉力F1、F2、F3共同完成。也可以由一个拉力F来完成。说明F和F1、F2、F3的作用效果相同。
  总结得到合力与分力的概念:从这两个实例中,我们得知:几个力共同作用的效果与一个力单独作用时产生的效果相同,我们把这几个力叫做分力,这一个力叫做那几个力的合力。
  实例一中,为了使水桶处于静止状态,我们用两个力F1、F2 同时作用于它;如果去掉F1、F2而换上它们的合力F单独作用于它,水桶仍处于静止状态。这说明F的作用与F1、F2的作用可以相互替代。同理:实例二中,F的作用与F1、F2、F3的作用可以相互替代。说明合力和分力是等效替代的关系。
  等效替代是我们物理学中比较重要的一个方法,本节课我们就借助于这样的方法来学习。在实际的问题中,一个物体不止是受一个力,而是同时受几个力。为了研究问题的方便,我们把几个力的作用效果用一个力来替代。这样,就可以把复杂问题转化为较为简单的问题处理,这就是力的合成。
  求几个分力的合力的过程叫做力的合成。
  既然合力和分力作用效果相同,可以等效替代。那么。合力与分力之间会是什么样的关系呢?
  二、探究合力与分力的关系
  (1)提出问题:合力F与分力F1、F2之间会是什么样的关系呢?
  展示提水图片:假如这桶水的重量是200N,两个同学的合力的大小一定也是200N。现在的问题是:两个同学的作用力F1和F2与F的数值有什么关系?
  (2)学生猜想:可能会是简单的代数相加减。
  教师引导学生:利用提供的实验器材(两只弹簧秤和钩码),设计实验,验证猜想。
  (3)学生演示:用弹簧秤和钩码模拟提水的过程。
  (4)学生根据演示结果得出结论:F≠F1+F2
  教师总结:合力与分力的关系并不是简单的代数和。
  提出问题:那合力与分力到底会是什么样的关系呢?
  点拨:看来互成角度的两个分力的合力不仅与两个分力的大小有关,可能还跟两个分力的其它因素有关。
  学生猜想:可能还与两个分力的方向有关。
  学生设计实验方案,进一步探究F1、F2与F的关系。
  器材:橡皮条、细绳套(2个)、弹簧测力计(2只)、图钉、白纸、方木板、刻度尺。
  设计方案思考:
  (1)确定研究对象。
  (2)如何保证合力F与两分力F1、F2的作用效果相同;
  (3)如何得到合力F与两分力F1、F2的大小和方向;
  (4)实验过程需要记录哪些数据;
  (5)如何准确直观的描述力的大小和方向。
  师生共同实验:
  (1)用两个弹簧秤拉橡皮条,使结点处于某一点,记录该点为O点的位置,记录F1和F2的大小及方向。
  (2)撤去F1、F2,改用一个弹簧秤拉橡皮条,使结点仍处于O点,并记录F的大小及方向。
  (3)用力的图示法画出F1、F2和F的大小和方向。
  师生一起通过观察、交流。
  点拨:建议添加辅助线,构建几何图形。
  结论:遵循平行四边形定则
  (1)内容:求互成角度的两个力的合力时,以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两个邻边所夹的对角线即为合力的大小和方向。
  (2)适用条件:共点力
  (3)说明:平行四边形定则不仅可以用来求解共点力的合力,同样适用于所有矢量的合成。如:位移、速度、加速度等,是矢量运算的基本法则
  二、 平行四边形定则的应用
  1.作图法求合力
  【例1】力F1=45N,方向水平向右。力F2=60N,方向竖直向上。求这两个力的合力F的大小和方向。
  强调作图时的注意事项:
  (1)一点:合力、分力要共点;
  (2)二线:实线、虚线要分清;
  (3)三矢:合力、两分力箭头别忘画;
  三度:标度、长度、角度
  2.合力的大小随两分力夹角变化的规律
  扩展问题:若F1=45N、F2=60N大小不变,夹角变化,合力如何变化?
  演示:平行四边形定则教具
  归纳:合力的大小随两分力夹角变化的规律
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