高中物理：2.5《力的合成》教案（1）（教科版必修1）

2 52 5 力的合成力的合成 一 素质教育目标一 素质教育目标 一 知识教学点 一 知识教学点 1 知道合力合分力的概念 2 理解两个互成角度的共点力的合成遵循平行四边形定则 3 知道矢量和标量的含义及区别 二 能力训练点 二 能力训练点 通过实验 培养学生实验 探索 总结规律的能力 应用数学工具处理物理问题的能力 渗透等效思想 三 德育渗透点 三 德育渗透点 培养认真 仔细 实事求是的科学态度 四 美育渗透点 四 美育渗透点 通过平行四边形法则的学习 使学生体会到几何图形中的对称美 二 学法引导二 学法引导 1 教师通过演示实验阐述等效的思想 并归纳出力的合成原则 平行四边形法则 2 学生分组实验 验证结论 三 重点三 重点 难点难点 疑点及解决办法疑点及解决办法 1 重点 运用平行四边形定则求合力 2 难点 运用数学工具求解物理问题 如何从实验中归纳总结出平行四边形定则 3 疑点 1 1 2 4 解决办法 通过演示 学生实验 从实验中归纳出平行四边形定则 并结合数学知识处理具体问 题 四 课时安排四 课时安排 1 课时 五 教具学具准备五 教具学具准备 1 演示实验 有支架的平板 白纸 图钉 橡皮条 细绳套 定滑轮 钩码 刻度尺和量角器 铁架 台 2 学生实验 方木板 弹簧秤 橡皮筋 白纸 细线 图钉 三角板 笔 每 2 位同学一组 六 师生互动活动设计六 师生互动活动设计 1 教师由直观的演示实验 引入所要研究的问题 并通过归纳 总结 启发学生得出 平行四边形法则 2 学生通过观察实验 分组实验 验证平行四边形法则 七 教学步骤七 教学步骤 一 明确目标 一 明确目标 1 利用实验归纳得出平行四边形定则 2 初步掌握平行四边形定则求合力的要领 会用作图法求共点力的合力 3 知道合力的大小与分力夹角的关系 4 知道矢量和标量的含义及区别 二 整体感知 二 整体感知 本节研究的是力的等效关系 依据等效思想从实验中归纳总结出力的平行四边形定则 是本章的重点和难点 平行四边形定则告诉我们矢量运算不是简单的代数加减 1 1 可能大 于 2 可能等于 2 也可能小于 2 平行四边形定则不仅是力合成必须遵循的定则 所有的矢 量运算都必须遵守此定则 因此本节内容为今后学生学习速度 位移 加速度等矢量及运算 奠定了基础 具有非常重要的作用 三 重点 难点的学习与目标完成过程 三 重点 难点的学习与目标完成过程 1 合力 演示 1 两个弹簧秤互成角度的悬挂一个钩码 拉力分别为 1 F和 2 F 再用一个弹簧秤 悬挂同一个钩码 拉力为F 分析 1 F和 2 F共同产生的效果与力F产生的效果是相同的 即均使钩码处于静止状 态 由于力F产生的效果与力 1 F和 2 F共同作用产生的效果相同 力F就叫做力 1 F和 2 F的合 力 这种等效代替的方法是物理学中常用的方法 2 力的合成 问题 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 实验设计 一根橡皮条 使其伸长一定的长度 可以用一个力F作用 也可以同时用 2 个力 1 F和 2 F同时作用 如能想办法确定 1 F和 2 F以及F的大小和方向 就可知F与 1 F间的 关系 演示 2 将图 1 22 示实验装置安装在贴有白纸的竖直平板上 图 1 22 橡皮条GE在两个力的共同作用下 沿直线GC伸长了EO这样的长度 若撤去 1 F和 2 F 用一个力F作用在橡皮条上 使橡皮条沿着相同的直线伸长相同的长度 则力F对橡皮条产 生的效果跟力 1 F和 2 F共同作用产生的效果相同 力F等于 1 F和 2 F的合力 在力 1 F和 2 F的 方向上各作线段OA和OB 根据选定的标度 使它们的长度分别表示力 1 F和 2 F的大小 再沿 力F的方向作线段OC 根据选定的标度 使OC的长度表示F的大小 提问 请同学们仔细看看 O A C B的位置关系有什么特点 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 演示 3 以OA OB为邻边作平行四边形OACB 画平行四边形的对角线 发现对角线 与合力很接近 问题 由此看来 求互成角度的两个力的合成 不是简单地将两个力相加减 那么互 成角度的两个力 1 F和 2 F的合力的大小和方向是不是可以用以 1 F和 2 F的有向线段为邻边所作 的平行四边形的对角线来表示呢 下面请同学自己用实验来研究 学生实验 将白纸钉在方木板上 用图钉固定在一橡皮筋 用两只弹簧秤同时用力互 成角度地沿规定方向拉橡皮筋 使橡皮筋的另一端伸长到O点 记下此时弹簧秤的示数 这 就是分力的大小 再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 数据处理 1 用力的图示法分别表示分力及合力 注意标度要一致 如图 1 23 所示 有向线段 OA OB OC分别表示两个分力及合力 图 1 23 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 如图 1 24 所示 其对角线为OC 图 1 24 提问 比较OC与OC 在误差允许的范围内 可得出什么结论 结论 求互成角度的两个共点力的合力 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线就表示合力的大小和方向 这就是平行四边形定则 如图 1 25 所示 图 1 25 问题 如何求多个共点力的合力 引导学生分析 任何两个共点力均可以用平行四边形定则求出其合力 因此对多个共点 力的合成 我们可以先求出任意两个力的合力 再求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 问题 合力F与 1 F和 2 F的夹角有什么关系 课件演示 合力F与两个分力 1 F 2 F的大小的关系 合力F与两个分力 1 F 2 F的夹角的关系 学生思考 如果两个分力的大小分别为 1 F 2 F 两个分力之间的夹角 当 0 时 它们的合力等于多少 当 180 时 它们的合力又等于多少 3 矢量和标量 问题 我们学过许多物理量 如 长度 质量 时间 能量 温度 力 速度 这些物理量有什么异同 引导学生分析 力 速度是既有大小又有方向的物理量 而质量 时间 能量 长度等 物理量只有大小 没有方向 前者叫矢量 后者叫标量 矢量的合成遵守平行四边形定则 四 总结 扩展 四 总结 扩展 1 互成角度的合成 不是简单地利用代数方法相加减 而是遵守平行四边形定则 即 合力的大小不仅取决于两个分力的大小 而且取决于两个分力的夹角 2 对平行四边形的认识 是通过实验归纳来完成的 实验归纳的步骤是 提出问题 设计实验 进行实验 数据分析 多次实验 归纳总结 得出结论 八 布置作业八 布置作业 练习四 4 九 板书设计九 板书设计 五 力的合成 1 合力 2 力的合成 1 平行四边形定则 2 多个力的合成 3 合力F与F1与F2的夹角的关系 3 矢量和标量 1 矢量 2 标量 十 背景知识与课外阅读十 背景知识与课外阅读 求任意几个力的合力最小值的方法求任意几个力的合力最小值的方法 许多高中物理练习册中有这样的一类题 已知任意三个力的大小 求这三个力的合力最 小值 或取值范围 求三个力的合力最大值很容易 求最小值有点麻烦 要具体分析 如 有三个分力 1 F 2 F 3 F 分别为 3N 5N 7N 那这三个力的合力最小值可这样求 先求任 意两个力的合力取值范围 如 3N 和 5N 其合力范围为 2N 8N 另一个力 7N 恰好落在这中间 因此合力最小值必为零 还有一种相反情况 如 3N 5N 10N 第三力不在前两个力的合力 取值范围内 虽然此时最小合力为第三力与前两合力之和的差 10 3 5 2N 由组合 法可知 上述两种情况分别有三种解法 结果肯定一致 而对于任意n个力来说 用上述方 法较为困难 可用如下方法 在任意n个力 21F F n F中先找出一个分力 i F 然后求出剩下 的 n 1 个分力的代数和 i F i F 则合力最小值为零 如果 i F i F 则最小值为 i F i F 此法主要根据力的多边形法则而来 若最小值为零 则n个力必须首尾相连构成 闭合的多边形 如图所示 显然其必要条件为 F i F 设 1 F 2 F n F i F按从小到大排 列 例 求 1N 2N 3N 100N 2055N 这 101 个力的合力最小值 用上述方法一眼可看出 最小值为 5N 十一 随堂练习十一 随堂练习 1 甲 乙两个小孩共同推着一辆小车在水平地面上以 0 5m s 的速度向右匀速运动 丙小孩单独使同一辆小车在同一水平面运动 下列情况中丙对车的作用力与甲 乙对车的合 作用力相同的是 A 丙推着小车以 0 5m s 的速度向右匀速运动 B 丙拉着小车以 0 5m s 的速度向右匀速运动 C 丙推着小车以 0 5m s 的速度向左匀速运动 D 丙推着小车由静止开始向右运动的瞬间 2 关于两个大小不变的共点力 1 F 2 F与其合力F的关系 下列说法中正确的是 A F的大小随 1 F 2 F间夹角的增大而增大 B F大小一定大于 1 F 2 F中最大者 C F大小随 1 F 2 F间的夹角的增大而减小 D F大小不能小于 1 F 2 F中最小者 3 大小分别为 30N 和 25N 的两个力 同时作用在一个物体上 两个力的合力F的大小 一定为 A F 55N B F 5N C F 55N D 5N F 55N 4 一木块放在水平地