高中4 力的合成和分解教学设计

这是一份高中4 力的合成和分解教学设计，共6页。教案主要包含了教学目标，重点与难点分析，教学器材，主要教学过程，板书设计等内容，欢迎下载使用。
利用实验归纳法，得出互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则，并能初步运用平行四边形定则求合力。
培养动手操作能力、物理思维能力和科学态度。
认识力的分解与力的合成互为逆运算，都是“力的等效替代”的思想，满足力的平行四边形定则。
了解力的分解具有惟一性的条件，掌握按力的效果进行力的分解的方法。
二、重点与难点分析
通过探索性实验，归纳出互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则。
情感态度与价值观
1、学习和领会“等效替代”的思想。
2、通过力的合成和分解的学习，感受对立统一的观点在物理学中的意义。
三、教学器材
教师用器材：平行四边形定则实验器、钩码（12个）、细线若干、弹簧秤（3只）、橡皮筋（3条）、方木板（l块）、平行四边形定则演示器（2个）、投影（1套）、微机（l套）、三角板（2个）。
学生用器材30套，每套包括：方木板（l块）、弹簧秤（2个）、橡皮筋（1条）、8开白纸（l张）、50cm细线（l根）、图钉（1个）、有刻度的三角板（2个）、记号笔（l支）、大铁夹（l个）。
四、主要教学过程
l．引入教学
「复习与提问」
在初中，我们学过“一个力产生的效果，与两个力共同作用产生的效果相同，这个力就叫做那两个力的合力，求两个力的合力叫做二力的合成。
提问：已知同一直线上的两个力风、F。的大小分别为ZN、3N，如果民、F。的方向相同，那以它们的合力大小是多少？合力沿什么方向？
引导回答：SN，方向与民、F。的方向相同。
进一步提问：如果民、F。的方向相反，那么它们的合力大小是多少？合力沿什么方向？
（IN，方向与较大的那个力的方向相同。）
（板书）同一直线上两个力的合力，与两个力的大小、方向两个因素有关。并讲述这就是初中所学的“同一直线上二力的合成。”
（投影 1）在现实生活中，有这样的例子：两位同学沿不同方向共同用力提住一袋上石，解放军战士一人也能提住同一袋上石。
（演示1） 将橡皮筋一端固定在M点，用互成角度的两个力只、F共同作用，将橡皮筋的另一端拉到O点；如果我们只用一个力，也可以将橡皮筋的另一瑞拉到O点。如图1、图2所示。

一个力F产生的效果，与两个力几、F。共同作用产生的效果相同，这个力F就叫做那两个力几、F的合力，而那两个力几、F就叫这个力F的分力。求见、尼两个力的合力F，也叫做Th力的合成。如图3所示。
与初中的二力合成不同的是，凤、F不在同一直线上，而是互成角度。
这节课我们就来研究互成角度的两个力的合成（板书：1．5力的合成）
［过渡〕同一直线上两个力的合力，跟两个力的大小、方向两个因素有关。那么，（板书）互成角度的两个力的合力跟两个力的哪些因素有关呢？
2．新课教学
提问：互成角度的两个力的合力与分力的大小、方向是否有关？如果有关，又有什么样的关系？我们通过实验来研究这个问题。首先，应该确定两个分力的大小、方向；再确定合力的大小、方向；然后才能研究合力与两个分力的大小、方向的关系。
那么怎样确定两个分力风、F。的大小。方向呢？
启发学生回答：用弹簧秤测量分力的大小，分力的方向分别沿细绳方向，即沿所标明的虚线方向。
［讲解弹簧秤的使用］
在使用弹簧秤测量力的大小时，首先，要观察弹簧秤的零刻度及最小刻度，同时要注意弹簧秤的正确使用及正确的读数方法。
确定分力的大小：（边演示边讲解两人如何分工合作）一位同学用两只弹簧秤分别钩挂细绳套，同时用力互成角度地沿规定的方向拉橡皮筋，使橡皮筋的另一端伸长到O点；另一位同学用记号笔分别在相应位登记下两个弹簧秤的读数。这就是分力的大小。
注意：拉动橡皮筋时，要使两只弹簧秤与木板平面平行。
现在，请同学们观察M点有没有固定橡皮筋，规定的方向是不是明确，记录用的油笔有没有？用铁夹子将木板固定在桌上。
都准备好之后，左边同学技橡皮筋，右边同学读数并记录数据，测量两个分力的大小，测量完之后请举手！
［指导学生进行分组实验I
提问：怎样确定合力F的大小、方向呢？
引导学生回答：用一只弹簧秤通过细绳套也把橡皮筋拉到位置O，弹簧秤的读数就是合力的大小，细绳的方向就是合力的方向。
确定合力的大小和方向：一位同学用一只弹簧秤通过细绳套也把橡皮筋拉到位置O，另一位同学用记号笔记下细绳的方向，并在相应位置记下弹簧秤的读数。这就是合力的方向、大小。注意前后两次实验O点应该重合。
现在，请右边同学技橡皮筋，左边同学读数并记录数据，确定合力的大小和方向。
［视察学生实验情况〕
到此为止，我们已经确定了两个分力以及它们的合力的大小、方向。为了弄清楚两个力的合力与分力的大小、方向的关系，我们可以用力的图示法形象地将分力和合力的大小、方向表示出来。
［数据处理］
l）用力的图示法分别表示分力及合力：选择适当的标准长度（3cm长的线段表示IN力），利用三角板，从O点开始，用力的图示法分别表示两个分力及合力的大小、方向。注意标准长度要一致。如图所示，有向线段OA、OB、OC分别表示两个分力及合力。
现在，请同学们用力的图示法将自己测量的分力和合力分别表示出来。
提问：分力的大小分别等于多少？合力的大小等于多少？
进一步提问：由此看来，互成角度的两个力的合成，不能简单地利用代数方法相加减。那么合力与分力的大小、方向究竟有什么关系呢？
同学们仔细看看，O、A、C、B的位置关系有什么特点？
（停顿20秒，引导同学猜出）
O、A、C、B好像是一个平行四边形的四个顶点。OC好像是这个平行四边形的对角线。
教师解说：OC好像是这个平行四边形的对角线，这毕竟是一种猜测，究竟OC是不是这个平行四边形的对角钱呢？我们可以以OA、OB为邻边作平行四边形OACB，看平行四边形的对角线与OC是否重合。
2）用两个三角板，以表示两个分力的有向线段OA、OB为邻边，用虚线作平行四边形OACB。
（示范。强调邻边，利用两个三角极作平行四边形。）
现在请同学们以自己所得的OA、OB为邻边，作平行四边形，并连接OA、OB之间的对角线。
3）同学操作，教师指导，选出典型，投影讲评。
4）比较平行四边形的对角线和合力，发现对角线与合力很接近。
5）四组同学所得结果都是结论4），教师所得实验结果也是结论4），那么结论4）是不是普遍的呢？
6）经过前人们很多次的、精细的实验，最后确认，对角
线的长度、方向，跟合力的大小、方向一致，即对角线与合力重合，也就是说，对角线就表示几、Fz的合力。
可见求互成角度的两个力的合力，木是简单地将两个力
相加减，而是（可以）用表示两个力的有向线段为邻边作平行
四边形，这两个邻边之间的对角钱就表示合力的大小和方向。这就是平行四边形定则。如图5所示。
提问：有没有同学实验结果是对角线与合力相距比较远？
有这种情况很正常，一个规律的得出，是由很多人在很长时间里，进行了许多次实验，才能总结出来，并要经得起实践检验。因此，一个规律，并木是通过一次实验就能得到的。如果有同学实验结果是对角线与合力相距比较远，不要着急，课下我们一起来看看问题出在哪里。
现在我们就用平行四边形定则来求互成角度的两个力的合力。
一）力的分解
演示：在黑板上固定一块白色的硬纸板，再在硬纸板上固定一根黑色橡皮筋，在橡皮筋的另一端系上两个结，先用力F把结点拉到O点，记下O点的位置。
问题：F1和F2共同作用的效果与F作用的效果是否相同？作用效果指什么？拉伸同样长度面而达到不同点是否为效果相同？
再用两个力F1和F2作用于结点，同样将绳结拉到O点。  
思考：能否在O点再作用个数更多的不同的力，使它们的作用效果与F的作用效果相同呢？
学生：可以。 
总结：
1。几个力，如果它们产生的效果跟原来一个力产生的效果相同，这几个力就叫做原来的那个力的分力。 
2。求一个已知力的分力叫做力的分解。
3。力的分解是力的合成的逆运算，力的分解遵循平行四边形法则。 
方法：把已知力作为平行四边形的对角线，平行四边形的邻边就是这个已知力的两个分力。 
讨论：
1。如果两个分力确定，则合力是否惟一确定？
2。同一个力的分解是否是惟一的？
总结：如果两个分力确定，相当于平行四边形两邻边确定，则合力是惟一确定的（对角线惟一确定）。 
同一个力可分解成无数对大小、方向不同的分力，因为相同对角线的平行四边形可有无数个。如图所示
讨论：那么要使一个力的分解是惟一的，对两分力有什么要求？
得出：要使一个力的分解有惟一解有下列条件：
①已知两个分力方向。 
②已知一个分力大小和方向。 
教师：在实际进行力的分解时，我们应根据力的作用效果进行分解。
（二）力的分解实例分析：
例1：放在水平面的物体受到一个斜向上的力F，F与水平方向成θ角，如图所示，试分解力F。 
教师演示：取一块粘有厚海棉的木板，水平放在桌面上，海棉上放一铁块
学生观察：此时可看到海棉的凹陷。
提出问题：用一斜向上的力拉铁块，海棉凹陷程度会发生什么变化？让两名学生上来演示并观察结果。
得出结论：此时观察到海棉凹陷程度变小，同时铁块向前运动。 
分析：斜向上的拉力F产生两个效果：一是水平向前拉物体，二是竖直向上拉物体。 所以根据力的作用效果可将F分解为沿水平方向的分力F1和沿竖直方向的分力F2，则力F1和F2的大小为：F1=Fcsθ，F2=Fsinθ。
拓展：如果将作用于物体上的力改为斜向下，你认为该力产生什么效果？
学生活动：用带有海棉的木块与铁块进行演示，并叙述力F产生的效果，然后据效果进行分解。 
例2：将一个物体放在斜面上，物体受到竖直向下的重力，重力产生什么样的作用效果呢？
在前面实验的基础上，提出问题：如何演示重力在斜面上产生的效果？
学生演示分析得出结论：放在斜面上的物体产生两个效果。 
效果一：使物体沿斜面下滑。效果二：使物体紧压斜面。
学生活动：叫两名学生到前面据力的作用效果将重力进行分解，其他同学在下面进行。
教师：指导学生在作图时注意的问题，力的分解图要作得大一些，容易观察。
F1=Gsinθ，F2=Gcsθ。
分析讨论：
当斜面倾角θ增大时，分析F1和F2如何变化？
随θ角的增大，F1增大，F2减小。
3．练习（略）
4．小结
（1）互成角度的两个力的合成，不是简单地利用代数方法相加减，而是遵循平行四边形定则。即合力F的大小不仅取决于两个分力F1、F2的大小，而且取决于两个分力的夹角。
现在，就来观察一下合力与分力大小、方向的关系的动态情景。
［电脑演示］合力F与两个分力F1、F2的大小的关系；
合力F与两个分力F1、F2的夹角的关系；
[学生思考] 如果两个分力的大小分别为F1、F2，两个分力之间的夹角为θ，当θ=0时，它们的合力等于多少？当θ=1800时，它们的合力又等于多少？
（2）对平行四边形定则的认识，是通过实验归纳法来完成的。实验归纳法的步骤是：提出问题～设计实验、进行实验、获取数据、进行数据分析～多次实验、归纳、总结～得出结论。
5、小结
1。理解合力与分力的概念，及“等效替代”的物理思想 
2。力的分解遵循平行四边形定则：力的分解和力的合成互为逆运算。
力的分解也遵守平行四边形定则，一个力分解为两个力时，以该力为对角线的平行四边形可以确定这两个分力，显然，共有一对角线的平行四边形有无数组，因此一个力可分解为无数组大小方向不同的分力。 
3。力的分解应根据力的实际作用效果进行。 
备注：力的分解是解决问题的一种手段，一个力应该怎样分解取决于解决问题的需要。
五、板书设计
1。求一个已知力的分力叫力的分解
力 2。力的分解遵守平行四边形法则
的 3。力的分解常根据力的作用效果进行分解
分 4。在下列条件下，力的分解有惟一解
解 ①已知两个力方向
②已知一分力大小和方向
6．教学说明
《力的合成》这一节课，我们一改传统教学中的“验证性”实验教学方式，采用“探索性”实验教学。让学生在自己原有“同一直线上两个力的合成”的知识基础上，通过“猜测、实验、归纳、总结”的完整过程，自己得出“不在同一直线上的两个力的合成”所遵循的“平行四边形定则”。与此同时，为了提高学生的学习品质，我们还提出了方法目标和德育目标。让学生在建立“平行四边形定则”的过程中，体会到“实验归纳法”的一般原则。