高中物理必修1《3.4力的合成》教学设计.doc

力的合成教学设计达州市第一中学 李井彪【教学目标】1、 知识与能力掌握合力与分力的概念以及合力、分力的等效性原理和共点力概念掌握矢量运算的平行四边形定则，知道它是力的合成的基本规律；会用作图法求解两个共点力的合力。2、 过程与方法能够通过自主实验探究归纳出互成角度的两个共点力的合成遵循平行四边形定则。培养学生提出问题，猜想假设，设计方案、自主探究和交流总结的一般科学探究的能力。3、 情感态度与价值观通过对物理学中的等效性思想学习，体会如何将复杂问题简单化。体会科学规律探究的艰辛与喜悦以及培养学生科学探究的严谨和踏实作风培养同学间合作、互助、交流的精神。【教学重点】1、 合力与分力的概念以及合力、分力的等效性原理、共点力概念和力的合成概念2、 平行四边形定则【教学难点】学生自主探究得出力合成的平行四边形定则【教学方法】探究式教学【教学准备】1、 长线套两段（多段），大三角板（2副），弹簧秤（500克平板式）4只，橡皮筋1条（新）、教师扣式话筒，学生手持话筒2只，长尾夹2个，物理必修1，课前安装挂钩3副2、 力的合成实验仪器26套（2人一组），其中包括弹簧秤（500克）2只，木板1块（上面覆盖白纸），平抛运动支架（上面覆盖白纸），橡皮筋1条（新），绳套一段，白纸2张，长尾夹2个，物理必修1（光盘事先拿掉）【教学过程】教学环节教师活动学生活动备注【新课引入】【新课教学】自主体验体验13种提法及读数共点力概念体验1结论体验2：体验2结论等效合力分力定义等效思想替代力合成定义自主探究方案设计探究方向实验原理介绍绳套使用动手操作科学猜想像平行四边形画平行四边形规律总结得出结论补充说明回答课前提问课堂小结课后思考【提问】 先给大家出一个脑筋急转弯题目：什么时候1+1=1？答案将在本节课的最后由同学们自己揭晓！最近几节课我们一直在研究力，重力、弹力和摩擦力，我问大家一个很简单的问题，我们是怎样表示力的？譬如某个物体重1N?物理学中常常要将物理规律或现象定量化，为什么有些物理量用数字加单位就能表达，譬如1kg水，而1N的重力要用力的图示这种形式表示呢？【结论】 因为力是矢量，不仅有大小、还有方向，所以不能用数字，而是用带方向的几何线段来表示。不仅如此，标量和矢量的区别还体现在运算上。1kg水+1kg水=2kg水，1N+1N=？是否会等于1N，1N+2N=?今天我们研究力这种矢量的运算法则2个力相加的运算法则，即力的合成【提问】请同学们来体验一下用2个力来提物理书，桌上给大家准备了2只质量可以忽略不计的长尾夹和2只弹簧秤。归纳起来主要有3种提法。同一夹子平行与甲图一致，同一夹子夹两只耳朵上与乙图一致分3组同学把每种提法的弹簧秤读数F1和F2大小记录在草稿纸上。我请同学回答。3种测法中，甲图中两个力是平行的，丙图中两个力作用在同一作用点上，乙图中虽然两个力不作用在同一作用点上，但它们作用线的反向延长线交于一点。在物理上，如果一个物体受到两个或更多力的作用，但这些力作用在同一点上，或者它们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力。而有些力不但没有作用在同一点上，它们的延长线也不能交于一点，这一组力就不是共点力。通过体验，我们发现各组F1和F2读数大小大相径庭，同一种提法读数都不一致！甲图中与F1、F2是平行力，但F1+F2之和是常数；乙图和丙图中F1、F2共点力夹角不一样，弹簧秤读数也相应发生变化现在请大家用1个弹簧秤来提物理必修1书，并读数。结果比较一致！【提问】用2个弹簧秤提必修1书的效果与1个弹簧秤提必修1书的效果是否一样？【提问】 你们依据什么说明两次效果是一样的？我们的书都是一样的。甲图、乙图和丙图中两个弹簧秤对书的拉力F1、F2与丁图中一个弹簧秤对书的拉力F都与书的重力平衡，所以作用效果相同。为了研究这种等效关系，我们需要给F1、F2和F起一个名称，F就叫做F1、F2的合力，F1、F2就叫做F的分力。合分两个名称是对应的在物理上对合力和分力是有严格定义的上述过程中，书本受到的2个分力和合力应该是效果相同。我们简单称之为等效。等效思想是物理学中常用的方法。譬如初中学过的等效电阻。（不提问）R串可以等效替代R1+R2使电路简化，而且它们之间存在定量地计算关系！在力学中，如果有一个物体受到几个力的作用，我们找到一个力来等效替代它们，同样可以使复杂问题简单化，这一个力就叫合力。求几个力的合力的过程，就是：力的合成。这是我们今天研究的重点。反过来，有时一个力产生了几个效果，我又总能找到几个力来等效替代这一个力，这个过程，就是：力的分解。后面会进一步研究。刚才，虽然我们已经知道分力、合力可以等效替代，但合力不是计算求出，而是通过等效思想找到的。我们还不知道它们的定量关系。因为力是矢量，既有大小，又有方向，我们猜想分力和合力的定量关系应该是个几何关系。【提问】 在自主体验中， 当两个分力平行时，甲图和丁图比较，F1、+F2的代数和是一致的，大致等于丁图中的F，2个分力和合力的几何关系应该是两个分力线段相加，这在初中我们已经学过，同方向的两个力相加。那么互成角度共点的两个分力与合力的几何关系是什么呢？下面我们一起来通过实验探究这个问题的答案。首先进行方案设计【提问】要测几个力？ 相当于寻找已知条件和答案之间的关系式。拿等效电阻作比方。为了比较在同一张白纸上用同一标度画2个力分力和1个合力的图示。根据所给器材，寻找符合分力和合力等效的模型下面同一组的两位同学讨论一下，从所给的器材和已经有的材料思考，在草稿纸上画出实验方案原理图。方案不止一种！2种方案：提书和拉橡皮筋【方案1提醒】如何记录3力的大小、方向和作用点。方向呢，用弹簧秤作为方向行不？提供了绳子，使用了绳套，直接用绳子描行不？初中数学2点定一条直线。应在细绳套两端画个投影点，去掉细绳套后，连直线确定力的方向，二线的交点就是力的作用点书要横过来，才有足够大的空间画力的图示【方案2提醒】保证两次橡皮筋形变到同一位置。演示什么算等效。使用绳套记录方向。请两组同学上黑板演示，其他同学根据提供的器材在下面实验探究。【要求】 在开始提书的实验中我们已经发现合力和分力的关系与分力的方向有关，所以一半的同学做2分力夹角为锐角的情况；一半的同学做2分力夹角为钝角的情况。保证力的图示画在纸的中间部分。【提醒】为了提高精度：误差修正弹簧秤竖直放置的要竖直调零；水平放置的要水平调零。尽量使力的作用线与坐标纸平面平行【提问】 3个力的图示基本上已经出来了，大家一边做一边思考一个问题，这2个分力和1个合力的线段之间几何上满足什么关系？研究几何问题有哪些方法？有没有看出来？【提示】连接三线段箭头端【提问】大家看连起来像什么？【提问】做一次实验像平行四边形能说明问题吗？好在我们现在有26组，也可以算多次，每一组都像吗？如果有一个组象平行四边形是偶然，但是26组同学做的都象平行四边形，就不是偶然，说不定力的合成与平行四边形有某种深刻的联系。【提问】 如何验证他就是平行四边形？其实我们可以以这两个分力的线段大小为邻边作一个平行四边形来验证，看真正的平行四边形的对角边是否和实际合力的图示重合。【解释实验结果】 这是偶然误差的特点，有时偏大，有时偏小，26组放在一起看的话应该有的偏大，有的偏小。实验中2个分力通过平行四边形合成的合力与实际合力之间存在误差其实，在历史上，如同惯性定律一样,平行四边形定则是人类大量实践的结果，也是一条无法用实验完美证明的定则。只是随着矢量及其所遵循的运算定则的确立,力、位移、速度等被纳入矢量概念体系,以及运动的独立性、力的独立作用原理被揭示,人们才从逻辑上接受了这一定则。【小结】二力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，则两个邻边所夹对角线即表示合力的大小和方向今后求2个力的合力就不用通过等效思想来寻找合力了，可以直接由力的平行四边形定则求得合力的大小和方向。体验1中，2个力提书，虽然得到的F1和F2读数大小大相径庭，但它们都遵循平行四边形定则。【提问】上课前问大家什么时候 1+1=1，现在应该知道了吧？1N的力+1N的力仍然可以是1N,大家可以在纸上画画试试。 什么时候1+1=0,1+1=2 那么1+2=1， 什么时候1+3=1？3？5？合力、分力的定义，通过实验得到2个互成角度的共点力和合力的关系遵循平行四边形定则留2个问题给同学们课后思考：请大家用学过的几何知识，分析已知两个分力的大小，求合力大小的范围。3个力或更多的共点力合成，怎么求合力。用力的图示3种教师示范回答3种提法测得的2只弹簧秤读数。（要求尊重事实）F=大约2.90N或3.00N一样的学生回答力的分解测两个分力和与两个分力作用效果相同的合力，然后进行比较。形变或静止在同一位置交流原理和方案弹簧秤读出力的大小不行，太粗！不行。【学生实验】添辅助线学生结论：像平行四边形不能，要多次，改变2个分力大小和夹角多次测量。大多数组像【学生结论】通过平行四边形定则求得的合力与实际合力存在误差，长长短短，偏左偏右，但误差不大【投影】标题：力的合成【提醒注意】夹子主要是用来挂书的，弹簧秤可以侧出你提书使的力，但在使用弹簧秤之前务必较零。书是受力物体，2只弹簧秤是施力物体【投影】3种不同的提法【板书】甲：F1= NF2= N乙：F1= NF2= N丙：F1= NF2= N【投影】延长线交于一点的共点力【投影】书受一只弹簧秤对书拉力的图示【投影】四幅照片对比：两个弹簧秤对书的的作用力和一个弹簧秤对书的作用力等效【投影】合力、分力定义【板书】等效分力合力【投影】等效电阻（串并联电阻）【板书】等效