3.4-力的合成与分解-高一-物理-教案

3.4力的合成和分解赵志国内蒙古商都高级中学教材分析本节课是在已学习位移、速度、加速度等矢量，学习了力的图示和三种基本性质力的基础上展开的，这些都对本节内容起了良好的铺垫作用。研究多个力的合力问题，它是前几节内容的深化，依据等效思想给出合力与分力概念，并通过实验探究推理归纳出矢量运算普遍遵守的法则——平行四边形定则，使学生对矢量和标量认识得以完善。矢量运算始终贯穿在高中物理知识内容的全过程中，具有基础性和预备性．为以后学习速度、加速度、位移、动量等矢量运算奠定了基础．因此，因此这节课在物理学体系中的地位和作用至关重要。教学目标与核心素养【物理观念】能够从力的作用效果理解合力、分力、力的合成和力的分解。【科学思维】理解平行四边形运算法则和特点，掌握平行四边形定则，知道它是矢量合成的普遍规律，知道矢量与标量运算法则是不同的。能对常见的物理现象进行分析和推理，获得结论并作出解释。【科学探究】培养学生设计实验、观察实验现象、探索规律、归纳总结的研究问题的方法的能力。【科学态度与责任】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；通过实验培养良好的观察习惯和严谨求实的科学精神。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1.理解合力与分力的等效替代关系。2.实验探究力的合成所遵循的平行四边形定则。教学过程【知识回顾】：力【新课导入】一个静止在光滑水平面上的物体受到一个水平向右的力，这个物体将向右运动。那一个静止的物体，在某平面上受到5个力的作用，你能判断它将向哪个方向运动吗？如果我们能找到一种方法，即“用一个力的单独作用替代两个力的共同作用，而效果不变”，上述问题就迎刃而解了。你觉得这个力和被替代的两个力会有怎样的关系呢？

【新课讲授】一、合力和分力1.知识回顾：力的概念，三要素，力的图示及力的作用效果。共点力2.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一点，这几个力叫作共点力。生活中常常见到这样的事例：例如，两个小孩分别用力F1、F2共同提着一桶水，水桶静止（图3.4-1甲）；一个大人单独向上用力F也能提着这桶水，让水桶保持静止（图3.4-1乙）。假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同，这个力就叫作那几个力的合力。图3.4-1中的F是F1和F2的合力。在物理学中，我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成。再例如：一盏吊灯悬吊在天花板上保持静止，悬线对吊灯的拉力是F（图3.4-2甲），若用两根线共同悬挂吊灯，悬线上端分别固定在天花板的左右两处，线的拉力是F1和F2，也能产生使吊灯保持静止的效果（图3.4-2乙）。假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同，这几个力就叫作那个力的分力。图3.4-2乙中的F1和F2是F的分力。把求一个力的分力的过程叫作力的分解。力的合成中，分力是客观存在的物体真实受到的力，合力是假想力，用于等效替代分力。（即用一个假设的力去代替几个共同作用的力，代替后产生的效果与原来几个力共同作用时相同）力的分解中，合力是客观存在的物体真实受到的力，分力是假想力，用于等效替代合力。（即用几个假设的力去代替一个单独作用的力，代替后产生的效果与原来一个力单独作用时相同。）探究两个互成角度的力的合成规律F1F1F2F=F1+F2（1)两个力同方向（2）两个力反方向F1F2FF1F2F=F1-F2大小F=|F1-F2|，方向与较大力的方向相同实验：探究两个互成角度的力的合成规律（引导学生思考所用实验器材，怎样设计才能使“合力”和“分力”产生的效果相同，且既比较准、又比较容易呢？并交流讨论实验过程。）器材：两个弹簧秤、橡皮条、细绳、木板、白纸、图钉、刻度尺等步骤1：用两个力F1、F2共同作用在橡皮条上，使橡皮条从E点伸长到O点，记下F1、F2的大小和方向。步骤2：只用一个弹簧称将同一个橡皮条从E伸至O点，记下F的大小和方向。步骤3：用同一标度，将三个力在同一点用力的图示出来，观察它们之间的位置关系。步骤4：重复上述步骤。实验过程中注意下面几个问题:1.使用时弹簧秤先校零，与板面平行;2.沿细绳方向就是几个力的方向，因此要将细绳方向描在木板的白纸上；3.F1、F2、F的大小由弹簧测力计读出，用力的图示法在纸上画出表示几个力的箭头；（实验过程中引导学生做以下思考）思考1：保持F1不变增大F2，F矢量将会如何变化？从中作出平行四边形形状的假设。思考2：如何验证假设？方案一:把三个箭头的末端连接起来，检验组成的形状是不是平行四边形。方案二：按照平行四边形求出F1F2的合力理论值，看它与F究竟有多大的差别。（观察实验值和理论值的差别，是实验检验的普遍法则，这里渗透了误差的概念。）实验结论：多次实验后，可得出结论：在实验误差允许的范围内，两个力的合力是以这两个分力为邻边作出的平行四边形的对角线。平行四边形定则求两个力合成，如果以表示这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代表合力的大小和方向。这个规律就叫平行四边形定则。在上述实验中，如果把图3.4-3乙和图3.4-3丙的操作顺序对调，即先用拉力F把圆环拉到O点，再用拉力F1和F2共同拉圆环产生相同效果，则F1和F2就是F的分力，这就变成了“探究力的分解规律”的实验。由于各个力的数据都没有改变，因此，力的分解也遵从平行四边形定则。应用平行四边形定则时注意以下四点：①分力、合力的起点相同②分力、合力的标度比例一致③虚、实要分清，力画实线，辅助线画虚线④求合力时既要得出合力的大小还要得出力的方向运用平行四边形定则求合力的具体应用方法：1、作图法（1）根据两个力的大小和方向，按一定的标度用力的图示从力的作用点起作出两个分力F1、F2（2）以F1、F2为邻边作平行四边形，从而得到F1、F2之间的对角线（3）根据分力的标度，量得的对角线长度就代表了合力的大小，对角线与任一分力的夹角就代表合力的方向【例题】某物体受到一个大小为32N的力，方向水平向右，还受到另一个大小为44N的力，方向竖直向上。通过作图求出这两个力的合力的大小和方向。总结：作图法求合力时，作图时的注意事项：（1）合力、分力要共点，实线、虚线要分清；（2）合力、分力的标度要相同，作图要准确；（3）对角线要找准2、计算法先依据平行四边形定则画出力的平行四边形，然后依据数学公式算出对角线所表示的合力的大小和方向。当两个力互相垂直时，有：运用平行四边形定则求分力需要指出的是，如果没有限制，对于同一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形（图3.4-5）。也就是说，同一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力。一个已知力究竟应该怎样分解，要根据具体问题来确定。如果两个以上的共点力作用在一个物体上，也可以应用平行四边形定则求出它们的合力。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。（此时可以解决引入新课时所提的问题。）三、矢量和标量力的合成，可以认为是力的相加。二力相加时，不能简单地把两个力的大小相加，而要按平行四边形定则来确定合力的大小和方向。我们曾经学过位移。一个人从A走到B，发生的位移是AB，又从B走到C，发生的位移是BC。在整个运动过程中，这个人的位移是AC，AC是合位如果平行地移动矢量BC，使它的始端B与第一次位移的始端A重合，于是我们看到，两次表示位移的线段构成了一个平行四边形的一组邻边，而表示合位移正是它们所夹的对角线AC（图3.4-8）。所以说，位移合成时也遵从平行四边形定则。得出矢量和标量的概念：既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则的物理量叫作矢量。只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则的物理量叫作标量。随堂练习1、关于两个大小不变的共点力F1、F2与其合力F的关系，下列说法中正确的是（）A、分力与合力同时作用在物体上B、分力同时作用于物体时产生的效果与合力单独作用于物体时产生的效果相同C、F的大小随F1、F2间夹角的增大而增大D、F的大小随F1、F2间夹角的增大而减小E、F的大小一定大于F1、F2中的最大者F、F的大小不能小于F1、F2中的最小者2、两个共点力，大小都是50N，如果要使这两个力的合力也是50N，这两个力之间的夹角应为（）A．300B．600C．1200D．15003、两个共点力的合力最大值为35N,最小值为5N,则这两个力的大小分别为（）N和（）N;