力的合成教学设计.doc

3.4 力的合成（邱广翠 宿州市祁县中学）【教材分析】力的合成是人教版物理必修I第三章第四节的内容。力的合成是高中物理中极为重要的一个知识点。同时本节课所学平行四边形定则也是处理矢量的一个通则，因此本节课为以后动量、冲量、动能定理等内容打下了坚实的基础，具有承上启下的作用。【学情分析】在本节课之前学生已经学习了位移以及力的概念，初步接触了矢量的概念，但对矢量方向性的理解还仅停留在表面上。本节课应着重让学生通过实验探究来体验矢量运算并非简单相加减，而是遵循平行四边形定则。【教学目标】1、 知识与能力1) 掌握合力与分力的概念力的平行四边形定则，知道它是力的合成的基本规律；初步运用力的平行四边形定则求解力的合成2) 会用作图法求解两个共点力的合力，并能利用平行四边形定则求解多力合成问题。2、 过程与方法1) 能够通过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2) 培养设计实验、观察实验、探索规律、归纳总结的研究问题的能力。3、 情感态度与价值观1) 培养物理思维能力和科学探究的能力与态度。2) 培养合作、互助、交流的精神。【教学重点】1、 合力与分力的概念以及力的合成的概念2、 力的合成的平行四边形定则3、 力的合成的方法【教学难点】力的合成的平行四边形定则的使用【教学方法】探究式教学，引导学生探索新知识、新内容。【课时安排】1 课时【教学准备】1、 钩码1个，细线两段，剪刀1把，多媒体课件。2、 力的合成实验仪器14套（4人一组），其中包括弹簧秤2个，木板1块，橡皮筋1条，绳套两段，图钉5个，白纸1张【教学过程】【导入新课】师：前面学习重心的时候我就讲过作用在物体上的力可以进行等效替换。何谓等效作用？演示实验：1、分别用两根细线和一根细线悬挂钩码，分析两种情况下钩码的受力情况和力的作用效果2、让一个男生一手举起一个凳子，再让两个女生一起举起刚才那个凳子，分析两种情况下凳子的受力情况和力的作用效果。F2F1F等效让学生举出等效替换的其他例子。有人想问，知道等效替换对我们研究问题有什么作用吗？不但有，而且很大。等效替换虽然对物体的真实情况没有影响，但有时对于我们研究问题却起了很大作用。举个简单例子，一物体被两个小孩提起，处于静止状态。因为物体静止，所以物体是受力平衡的，即合外力为0。 F1、F2、G三个力应该相互抵消。而以前我们只学过一对平衡力可以相互抵消，那这三个力是如何抵消呢？没有学过。了解力可以等效替换后，用F将F1、F2的两个力替换掉，那么物体受力分析图由受到三个力变成受两个力，这样问题就解决了。F1FF2GFG等效真实的受力图图等效的受力图等效等效的受力图这三个图是等效的。【推进新课】一、合力与分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，这个力产生效果跟原来几个力的共同作用效果相同，这个力就叫做那几个力的合力。原来的几个力叫做分力。它们的关系是等效替换。力的合成：求几个力的合力的过程或求合力的方法叫做力的合成。提问：力的合成应满足什么规律呢？从简单入手分析二力合成：提问：同一直线上二力该怎么合成回答老师提问：同向直接相加，方向为二分力方向反向为二力之差的绝对值，方向和大者相同提问：物体受力往往不在同一直线上，此时满足什么样的规律？还是不是简单相加减？我们现在一起来通过实验探究不在同一直线上两力的合成应满足什么规律师：为了能更好地完成实验，我给大家提供了以下的实验仪器：方木板、白纸、弹簧秤(两个)、橡皮筋(两条)、细绳(两条)、刻度尺(或三角板)、图钉(若干，用来固定白纸)。师：下面请各组设计出你们的实验步骤，并说出你的理由。学生自行设计实验，写出实验步骤。并找一个学生代表进行发言。实验设计参考(1)在桌上平放一个方木板，在方木板上铺上一张白纸，用图钉把白纸固定好(2)用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的G点(G点的位置应该靠近顶端中点)，在橡皮筋的另外一端拴上两条细绳，细绳的另外一端是绳套 (3)用弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点达到某一位置O. (4)用铅笔记下O的位置和两条细绳的方向，分别读出两只弹簧秤的示数(在同一条件下) (5)用铅笔和三角板在白纸上从O点沿着两绳的方向画直线，按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示F2CGOEF1BAGOEF2F1 (6)只用一只弹簧秤，通过细绳把橡皮筋的结点拉到相同的位置O点，读出弹簧秤的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示FGOEFCGOE (7)探究这三个力的大小及方向的关系丙FCBA乙F甲F2CGOEGOEGOEF2F1F1师：为什么两次要拉到同一点O呢？生：因为合力与分力的作用效果是相同的，所以本实验中要力的作用效果相同就必须使橡皮筋的形变一样。师：为什么要作力的图示而不是力的示意图？生：因为我们要定量精确研究分力与合力的大小及方向关系，力的示意图是无法研究的。师：为了尽量减小实验中的误差，我们应该注意些什么？生：多测几次，还有就是在实验允许的范围内，数据大一点，测量时相对误差小一点。师：实验中若选取弹簧秤来测力，如何选取弹簧秤，也就是说如何判断两个弹簧秤读是否准确？师：我可以建议一个方法，就是把两个弹簧秤对拉，如果读数相同 ，则可以用；不相同，则要调换。学生分组实验，教师巡视指导。实验数据的处理师：请同学们取下白纸，把实验器材整理好，然后仔细分析三个力的图示。看看它们的大小和方向间有什么有关系？ 师：合力的大小等于两个分力的大小之和吗？生：从我的实验结果来看，是不等于的。师：我给大家一个建议，大家把分力与合力的末端用虚线连接起来看看。师：发现什么规律没有？生：连起来后，好像是一个平行四边形。师：那分力与合力在平行四边形中分别处于什么样的位置？生：合力在平行四边形的对角线上，两个分力为平行四边形的两条邻边，它们共点。【结论】：在误差允许范围内，以两分力F1、F2为邻边的平行四边形的共点对角线与合力F重合。师：很好！今天同学们的探究实验取得了很不错的成绩。大量实验表明：对于作用在同一物体上的某两个力（分力），我们总可以找到一个与它们共同作用效果相同的力（合力）。它们之间的关系满足平行四边形定则平行四边形定则：以表示两个分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，且两个分力与合力同起点。例1、画出下列各种情况下的各力的合力。F1F2F1F2F1F2F2F1分力的大小与合力的大小的关系1、两个分力同向，合力大小为两个分力之和。方向不变2、两个分力反向，合力大小为两个分力之差。方向与较大的力的方向相同。3、两个分力间的夹角越大，合力的大小越小。例2、求下面几种情况下合力的大小范围1、F1=8N 、F2=10N解：2NF18N2、F1=2N 、F2=10N解：8NF12N3、F1=10N 、F2=10N解：0NF20N例3、下列说法正确的是（CD）A. 几个力的合力就是这几个力的代数和。B. 几个力的合力一定大于这几个力中的任何一个分力。C. 几个力的合力可能小于这几个力中最小的一个。D. 几个力的合力可能大于这几个力中最大的力【牢记】：分力与合力间没有绝对的大小关系。例4、下列说法正确的是（BC）A. 分力与合力同时作用在物体上。B. 分力同时作用在物体上的共同效果与合力单独作用时效果相同。C. 合力可能大于分力的大小也可能小于分力的大小D. 合力与分力是一对平衡力。例5、有两个力，它们的合力为0，如果把其中一个6N的向正东方向的力改变正南方向，大小不改变，它们现在的合力是多少？解：原来两力平衡，说明一力方向正西6N，一力方向正东6N，现正东方向6N变为正南方向6N，则合力为，方向南偏西45二、多力的合成问题我们现在已经知道如何求解两个力的合力，那我们该如何求解三个以及三个以上的力的合力呢？结论：三个以及三个以上的力的合成方法：可以先求出任意两个力的合力，再用这两个力的合力与第三个力合成，如此类推，我们会发现物体受力个数越为越少，直至合成最后一个力。此力为所有力的合力。例6、求下面几种情况下合力的大小范围。1、F1=3N，F2=7N，F3=8N，求这三个力的合力的大小范围。2、F1=3N，F2=7N，F3=12N，求这三个力的合力的大小范围。3、F1=3N，F2=7N，F3=2N，求这三个力的合力的大小范围。三、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，这样的一组力叫做共点力。【牢记】：平行四边形定则只适用于共点力。【课堂小结】让学生总结出本节课的主要内容1、等效替代2、合力与分力3、力的合成4、力的平行四边形定则5、共点力【板书设计】 3.4 力的合成一、合力与分力：如果一个力F和其它几个力的作用效果相同，则称F为那几个力的合力，而那几个力称为F的分力。二、力的合成1、二力合成a、同向：F=F1+F2,方向和F1、F2方向相同1）、同一直线： b、反向：F=|F1-F2|, 方向和F1、F2中大者方向相同2）、互成角度：探究：互成角度的两个力合成时应该满足什么样的关系？结论：平行四边形定则：二力合成