[教学设计]人教版必修一第三章第4节力的合成.doc

权所有：安徽省舒城中学吕贤年4力的合成教材分析本节课是探究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，掌握好这个定则是学好高中物理的基础本章是高中力学的基础知识，如何从代数运算过渡到矢量运算是本节的难点。同时，平行四边形定则的探究过程，对培养学生科学的探究精神也有很重要的作用。教科书用简单的语言和一幅卡通图引入了合力和分力的概念及等效代替的物理思想。通过生活中的实例“提水”说明合力与分力是等效代替的关系。比较直观，学生也容易接受。将求合力的方法平行四边形定则，由旧教材的验证实验改成新教材的探究实验，说明新教材更注重知识的形成过程。教材中对于“平行四边形定则”的得出是希望学生自己动手设计出实验方案，以探究的方式去寻找分力与其合力的关系，最终发现结论。让学生在探究过程中掌握知识，培养能力，领悟科学研究的魅力，并学会互相交流合作。在探究实验之前，教科书上设置了“思考与讨论”栏目，让学生思考猜想，也体现了科学猜想在科研中的重要性。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“建议用虚线把合力的箭头端分别与两分力的箭头端连接”等提示性的话语帮学生突破思维的障碍。在得出矢量的合成法则平行四边形定则后，教科书又设计了简单的例题让学生练习尝试使用“平行四边形定则”去求合力。随后又点明了多力合成的办法和思路，可以进一步加深学生对“等效替代”的理解。紧接着又通过“思考与讨论”栏目让学生知道合力与原来两分力夹角的关系，还将初中的“同一直线上二力的合成”情景也包含了进去，让学生认识到“同一直线上二力的合成”只是“平行四边形定则”的特殊情形。最后教材通过生活中的插图说明了共点力的概念及平行四边形定则的适用条件。本节课的重点是让学生探究并理解力的平行四边形定则，但是，由于高一学生是刚开始接触矢量方面的运算，他们很难从数形结合的角度出发去研究物理规律，因此，在教学过程中，要加强教师的引导作用。本课一开始，就以同学拎水的情景引入，再通过举例，从一些学生能够感知和理解的日常现象和规律出发，加深了学生对等效替代的思想以及合力、分力概念的理解。接着，让学生带着“谁的力气大”的问题，通过用弹簧秤拉砝码模拟拎水情景的小实验，进行了合力与分力有哪些方面的关系的研究，得出合力与分力在大小和方向上均有关的结论，为后面的探究实验做好了台阶。在探究实验中，又通过一些问题的设计，减少了学生在探究过程中可能遇到的困难，确立了研究的方向，避免了完全放手后，学生可能出现的盲目性。在实验过程中切实提高了学生的实验能力、解决实际问题的能力，培养了学生相互合作的精神和实事求是的作风。学情分析学生在初中只接受过求同一直线上二力的合力问题，升入高中后，开始接触矢量的概念，对位移，速度，加速度，力这些矢量有一点感性的概念认识，但对矢量运算的理性认识几乎没有，只有位移那儿好像有点儿模糊的印象。他们更习惯于没有方向的物理量之间的代数运算。平行四边形定则是学生第一次接触，对于刚升入高中的学生来说，在接受矢量运算时有一定的困难，而一旦过了这一关，则是学生认识上的一次质的飞跃。因此放慢教学过程，营造良好的课堂氛围为学生提供自主探究“力的合成法则”提供保障。让学生在探究过程中获得切身的体验，更有利于学生深刻理解矢量的合成法则，也才真正符合新课程理念物理教学的要求。设计思路首先通过同学拎水的情景以及第一节所埋下伏笔等帮助学生建立等效替代的思想，进而引出合力、分力的概念以及合力与分力的关系。对于合成法则的探究，新、旧教材有很大区别，旧教材属于验证性试验，而新教材属于探究性试验。由于教材给出了充分的提示（“建议”），因此建议以对结论的验证为重点，即在完成实验的基础上提出如何才能证明“它”是平行四边形的对角线？让学生充分讨论，提出解决的方法（比较法）。这样做看起来是又回到了旧教材的思路上，但实际上有很大区别，一是这只是整个探究过程的一个环节，再者这种比较的思路是让学生自己讨论而提出的。至于合力大小与分力夹角的关系可以通过电脑动画形象展示。对于共点力的概念，简单介绍，其他内容放到第四章进行。为了体现新课程所倡导的教学理念，在教法上，采取以学生为主体，以问题为中心，以教师为引导，以小组的合作为主要方式，让学生进行简单的实验设计，亲身体验科学实验探究的过程。为了让学生更好地体验科学研究的方法和过程，发展自主学习能力，培养良好的思维品质，强化小组交流与合作意识，淡化机械式训练，摒弃灌输式教学；教师一定要把握好自己的角色，是适时适度地“引导”和“参与”，决不能搞型式化的探究。在以往的教学中，课堂教学实施往往过于注重知识传授倾向，学生被动地接受，很难从多方面培养学生的综合素质。三维目标 知识与技能1理解合力、分力、力的合成、共点力的概念；2掌握平行四边形定则，会用平行四边形定则求合力；3理解力的合成本质上是从作用效果相等的角度进行力的相互替代。过程与方法1通过学习合力和分力的概念，了解物理学常用的方法等效替代法；2通过实验探究方案的设计与实施，初步认识科学探究的意义和基本过程，并进行初步的探究；3学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣.实验结果在误差范围内是准确的。情感态度与价值观1培养学生善于交流的合作精神，在交流合作中发展能力，并形成良好的学习习惯和学习方法；2通过力的等效替代，使学生领略跨学科知识结合的奇妙，同时领会科学探究中严谨、务实的精神和态度。教学重点 1合力与分力的关系；2平行四边形定则及应用。教学难点 实验探究方案的设计与实施。教具准备 多媒体课件，学生分组实验器材:木板、白纸、图钉（若干）、橡皮筋、细绳套（两根）、弹簧秤（两只）、三角板、铅笔。课时安排 1课时教学过程 新课导入【复习提问】力的概念是什么？力的作用效果是什么？力是物体间的相互作用；力的作用效果是使物体运动状态发生变化或使物体发生形变。F1F2F甲乙如图甲，一个人用力F可以把一筒水提起来；如图乙，两个人可用力F1、F2把同样的一筒水抬起来。生活中常常见到这样的事例，一个力的作用效果与两个或者更多力的作用效果相同。大家可能都听过众人划桨开大船这首歌，从物理学的角度说，一个人划桨产生的力太小不能开大船，众人划桨产生的力合起来才能开动大船。如果知道每个人划桨的力，怎样求合起来的力呢？学习了这一节课后我们就可以解决这个问题了。我们这节课就来学习力的等效替代所遵循的规律。新课教学一、力的合成1合力和分力（1）合力当一个物体受到几个力的共同作用时，我们常常可以求出这样一个力，这个力产生的效果跟原来几个力的共同效果相同。这个力就叫做那几个力的合力。一个力作用在物体上，它产生的效果如果跟几个力共同产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力（resultant force）。如上例中力F就是F1与F2的合力。（2）分力几个力共同作用在物体上，它产生的效果如果跟一个力产生的效果相同，这几力就叫做那一个力的分力（components of force）。如上例中力F1与F2就是F的分力。2力的合成（1）概念求几个力合力的过程叫做力的合成（composition of forces）。（2）同一条直线上的两个力的合成（结合初中学习的知识归纳总结）当F1、F2同向时，合力的大小等于两分力的大小之和，FF1F2，合力的方向跟两个力的方向相同；当F1、F2反向时，合力的大小等于两分力的大小之差，FF1F2，合力的方向跟两个力中较大的那个力的方向相同；3平行四边形定则这里我们探究求几个力的合力的方法。【思考与讨论】在开始所说的现象中，假如这桶水的重量是200N，两个孩子合力的大小一定也是200N。现在的问题是：如果两个孩子用力的大小分别是F1和F2，F1和F2两个数值相加正好等于200N吗？【实验探索】探究求合力的方法（可以加强实验教学，培养学生思维能力，变直接给出为实验探索，激发学生的学习兴趣，培养科研方法，鼓励创新，全面提高学生素质。）方案一：A实验仪器中用的弹簧秤和橡皮条、细绳套、白纸、方木板，这些器材各发挥怎样的功能？B合力与分力作用效果相同，怎样去体现？C合力如何表示，分力如何表示？D合力、分力的关系与合力的图示、分力的图示之间的关系怎样？E实验应记录些什么？怎样处理这些实验记录？最后得出什么结论？如何进行力的合成呢？请同学看下面实验（请一位同学上讲台帮忙）把方木板固定在黑板上，用图钉把白纸固定在方木块上。用图钉把橡皮条一端固定在G点，结点自然状态在E点，结点的另一端系着细绳套。GEOF1F2FABC用两弹簧秤分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使结点到达O点。记下O的位置，用铅笔和刻度尺在白纸上从O点沿两条细纸的方向画线，记下F1、F2的力的大小。放开弹簧秤，使结点重新回到E点，再用一只弹簧秤，通过细绳套把橡皮条的结点拉到O，读出弹簧秤的示数F，记下细绳套的方向，按同一标度作出F1、F2和F的力的图示。用三角板以F1、F2为邻边作平行四边形，在误差范围内，F几乎是F1、F2为邻边的平行四边形的对角线。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，也就是说，对角线就表示F1、F2的合力。指导学生进行分组实验观察学生实验情况，数据处理，要求操作规范，遵从实验结果，尽量把误差减小到最小。要求学生用平行四边形定则作出F1与F2的合力，与实际合力进行比较。方案二：如图所示，钩码通过定滑轮对橡皮条产生力的作用，把它拉长。图甲表示橡皮条GE在两个力的共同作用下，沿着直线GC伸长了EO这样的长度。图乙表示撤去F1和F2后，用一个力F作用在橡皮条上，使橡皮条沿着同一直线伸长相同的长度。力F对橡皮条作用的效果与F1、F2共同作用的效果相同，所以力F等于F1和F2的合力。我们需要探究的是：合力F与分力F1、F2有什么关系？探究时要注意下面几个问题。1几个力的方向是沿着拉线方向的，因此要把拉线的方向描在木板的白纸上。2几个力的大小由所挂砝码决定，用力的图示法在纸上画出表示几个力的箭头。3怎样表述合力的大小、方向与分力大小、方向的关系？建议用虚线把合力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接，也许能够得到启示。4得出你的结论后，改变F1和F2的大小和方向，重做上述实验，看看结论是否相同。总结：可见互成角度的两个力的合成，不是简单的两个力相加减，而是用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，对角线就表示合力的大小和方向。F1F2FO（1）平行四边形定则两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。这个法则叫做平行四边形定则（parallelogram rule）。只要是矢量的合成，都遵从平行四边形定则。以后我们要利用这个定则进行速度、加速度等的合成。（2）三角形定则根据平行四边形对边平行且相等的性质，力的平行四边形定则可用更简单的力的三角形定则来代替。把代表F1和F2的线段首尾相接地画出来，最后从第个一力矢量的起点画向第二个力矢量终点的有向线段就表示合力F的大小和方向，这就叫做力的三角形定则。F1F2FOF1F2FOF1F2FO4两个以上力的合成（1）依次用平行四边形定则先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。（2）力的多边形定则F1F2FF12F3将需要合成的各个力的有向线段首尾相接地依次连接(与顺序无关)，最后从第一个力的起点连向最后一个力的终点，封闭多边形的有向线段就表示所要合成的各个力的合力，这种作图方法叫做力的多边形定则。(先按三角形定则将中间过渡的合力作出，然后再将其擦去，显示出多边形)若各个力矢量首尾连接后自行封闭，则表示这些力的合力等于零。F1F2F3【思考练习】若物体受到三个力作用，三个力的合力为零，则三力首尾相接，将构成封闭的矢量三角形。试分析右图中三个力的合力为多少？(答案：2F3)5两个力合力的计算F1F2FOABCD两个力大小分别为F1、F2，夹角为，以两力为邻边作平行四边形OBAC，过A作OC延长线的垂线，垂足为D。在直角三角形OAD中，合力F的大小为F化简后得F（1）合力F的方向与分力F2之间的夹角为，则tan（2）（1）、（2）两式是计算合力F的大小和方向的计算公式。其中（2）式不能死套，可从所作的直角三角形中灵活计算。【思考与讨论】力F1和F2的大小一定，合力F的大小跟两个力的夹角的关系？(通过作图、制作教具或用动态课件展示变化过程，分析得出结论)F1F2F当0时，FF1F2，方向跟两分力方向相同。当090时，合力一定大于每个分力。当90120时，合力有可能小于较大分力。当120180时，合力至少小于一个分力。当180时，F|F1F2|，合力与较大分力的方向相同。当角在0和180之间变化时，F，合力的方向也随的变化而变化，且当FF2时，F与F1之间的夹角最大。合力F的取值范围为：|F1F2|FF1F2【课堂训练】三个共点力，大小分别为11 N、6 N、14 N，在同一平面内，各力间的夹角可变，求此三力的合力大小的范围。答案：0F31 N解析：当三个力方向相同时，合力取最大值。Fmax11 N6 N14 N31 N。因11 N和6 N这两个力的合力范围是5 NF1217 N，其合力可以为14 N，则当此14 N的力恰与题给的第三个力（14 N）方向相反且在一条直线上时，合力就为零。故题给的三个共点力的合力F大小为0F31 N。二、共点力如果一个物体受到两个或更多力的作用，有些情况下这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，如图所示，这样的一组力叫做共点力（concurrent forces）。另一些情况下，这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，如图，这一组力就不是共点力。请同学们自学课本上有关共点力的知识，在阅读的时候注意这样几个问题：什么样的力是共点力？你认为掌握共点力概念时应该注意什么问题？力的合成的平行四边形定则有没有适用条件，如果有，适用条件是什么？这一部分知识相对简单，可以通过学生自学锻炼学生的阅读能力和自学能力。如果一个物体受到两个或更多个力的作用，有些情况下这些力共同作用在同一个点上，或者虽然不是作用于同一个点上，但是他们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力。掌握共点力时，不仅要看这几个力是不是作用于一个点，还要看它们的延长线是不是交于一个点。力的合成的平行四边形定则只适用于共点力作用的情况。几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力。高中物理中所说的共点力实际上是指共点共面力。【例题】力F145N，方向水平向右。力F260N，方向竖直向上，用作图法和计算法求解合力F的大小和方向。F1F2F15NO作图法解：选择某一标度，利用0.5cm的长度表示15N的力，作出力的平行四边形，用刻度尺量出对角线的长度L，利用F15N 即可求出合力F的大小为75N。用量角器量得合力F与力F1的夹角为53。计算法解：合力F的大小为：F75N，合力F的方向：tanF2/ F14/3，故得合力F与力F1的夹角为53。小结本节课的教学难点应该是实验的设计与操作过程，一定要让学生在动手实验的基础上得出力的合成法则即平行四边形定则，这样才能使学生在掌握这个问题上能够深刻地理解并能够在实验过程中锻炼能力.对于平行四边形定则的应用，应该多举例子，也可以安排一节习题课进行专门练习，并在习题课中补力的合成的