3.4力的合成教案
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高中物理 3.4力的合成教案新人教版必修1【教学目标】1.知识与技能:(1)能从力的等效性理解合力和力的合成概念。
(2)能通过实验探究求合力的方法——力的平行四边形定则,并知道它是矢量运算的普遍法则。
(3)初步掌握运用平行四边形定则求合力的要领,会用作图法和直角三角形的知识求共点力的合力。
(4)知道合力的大小和分力间夹角的关系。
(5)能应用力的合成知识分析日常生活中有关问题,培养学生理解问题、解决问题的能力。
2.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)经历应用探究实验的方法来研究共点力合成的平行四边形定则。
3.情感态度与价值观:(1)在探究求合力的实验过程中,培养学生严谨的科学态度和团结合作精神。
(2)培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
.【教学重点难点】1.重点:理解合力、分力的概念及力的合成的方法。
2.难点:平行四边形定则的理解与应用。
【课前准备】1.多媒体课件。
2.实验器材:分组用(木板、白纸、图钉、橡皮筋、细绳套、弹簧测力计、刻度尺、量角器、铅笔)。
演示用(分力、合力关系模拟演示器,钩码,自制教具)【教学过程】一.导入新课1.利用多媒体课件,播放生活中的实例(一个大人和两个小孩分别提同一桶水),说明两个或两个以上的力的共同作用效果与一个力的作用效果是等效的。
2.演示1:模拟上面生活中的实例,演示两个力的共同作用效果与一个力的作用效果是等效的。
将生活实例搬入物理课堂来研究。
3.复习提问:初中已经学过一个力F与两个力F1、F2的效果相同,它们之间的关系是什么?学生回答后多媒体课件播放:(1)一个力的作用效果和几个力的作用效果相同,则这一个力叫做那几个力的合力,那几个力称为这一个力的分力。
(2)求几个力的合力的过程,叫做力的合成。
(力的合成是一种等效替代的方法,即用一个假设的力去替代几个共同作用的力,替代后这一个力的效果与原来的几个力是相同的。
3.4 《力的合成和分解》教学设计一、教材分析学生在初中已经接触过求沿同一直线作用的两个力的合力的方法,在第一章也初步接触过位移的矢量合成,本节的内容进一步介绍矢量运算的普遍法则——平行四边形定则。
教科书首先结合提水桶、吊灯悬吊在天花板上等实例,根据等效思想提出合力与分力的概念;然后提出力的合成和分解的探究问题,并设计实验进行探究,得出力的合成和分解所遵从的法则——平行四边形定则;最后,从物理量运算的角度,提升对矢量和标量的认识。
二、学情分析对于本章来说,把牛顿第三定律由原来在牛顿运动定律之后,提前放入本章,这就为解答共点力平衡问题的受力分析奠定了必要的知识基础。
为此,本章在重力、弹力、摩擦力的后面,增加“牛顿第三定律”一节课文,并在该节课文中,专门设立了一个“物体受力的初步分析”小标题,为分析“共点力的平衡”问题设下伏笔。
在这一节中,把力的合成和分解设计为一节课,其教学目标很明确,只要求学生会用等效替换的方法根据平行四边形定则进行力的合成和分解的运算,并不要求学生解答具体实际情境中的受力问题,而把这些问题放在“共点力的平衡”中去解决,这有利于帮助教师理解和规范力的合成和分解的教学目标。
三、教学建议平行四边形定则是本节的重点和难点。
这个定则是矢量运算普遍遵从的法则,对后续学习具有重要影响,因此本节内容是整个高中物理的重要内容,是物理知识体系中有方法、可迁移、应用广泛的内容,因此平行四边形定则是学习的重点。
矢量运算的法则完全不同于算术运算法则,从思维方式上看对学生来说具有较大的跨度,因此平行四边形定则是学生学习的难点。
四、教学目标和教学重难点1、教学目标(1)、知道合力与分力的概念,体会等效替换的思想。
(2)、通过实验探究,得出力的合成和分解遵从的法则——平行四边形定则。
(3)、会利用作图和三角函数知识求解合力或者分力。
(4)、知道矢量相加遵从平行四边形定则,标量相加遵从算术法则。
能区别矢量和标量。
《力的合成》教案一.背景和教学任务简介该节内容着重让学生探索力的合成的基本定则——平行四边形定则,帮助学生从代数求和到矢量图形合成的跨越。
本节课注重知识内容的探究过程,并且强调学生的参与。
在逐步形成概念规律的过程中,学生经历了学习、研究物理的一般科学探究方法,在运用物理规律解决社会生活中问题的过程中体验学以致用的快乐并感悟物理与社会生活的紧密联系。
二.教学目标:1.物理观念:(1)知道共点力,理解力的合成概念。
(2)理解平行四边形定则,会用作图法求两个共点力的合力。
(3)学会用橡皮筋、弹簧测力计等实验器材研究合力与分力的关系。
2.科学思维:(1)通过抽象思维,将物理实际转化为物理模型(2)利用平行四边形的边角关系,将力的矢量问题图形化3.科学探究:(1)通过实验探究过程学习平行四边形定则,认识力的合成是一种等效替代的方法。
(2)通过矢量与标量的不同求和方法,感受标量的代数性质和矢量的图形性质。
4.科学态度与责任:(1)通过有关力的合成的实例分析,感悟力的合成在日常生活中的实际意义和应用价值。
(2)通过实验中有误差产生的现象,感悟实事求是的科学探究精神。
三.教学重点和难点:教学重点:探究并理解力的平行四边形定则。
教学难点:猜测合力与分力的平行四边形关系。
四.教学设计思路(一)教学思路本节课的重点是让学生从实验中探究并归纳出力的合成的方法——平行四边形定则,但对于刚进入高中学习不久高一学生用从代数求和改变为矢量图形合成,这在认识上是一个巨大的困难,它需要一个耐心的寻找和猜想的过程。
由于一节课的时间只有40分钟,因此在实验中实验步骤老师给与一定的指导,留出较多的时间给同学充分猜想和探讨实验的结果,从而让学生体验科学探究的过程,激发学生科学探究的兴趣。
教学方法:实验探究。
(二)教学流程图1.多媒体电脑演示。
2.学生实验《共点力合成》:图板、图钉、白纸、弹簧测力计、橡皮筋、绳套、刻度尺、三角尺。
3.教师演示:DIS实验系统,力传感器,钩码。
3.4力的合成一、教材分析力的合成是解决力学的基础和工具,力的合成不过关,后续课的学习中,对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解和应用都无从谈起.力的合成是矢量的合成,是为以后物体受力分析作准备的一节课,理解力的合成需要掌握一种方法,那就是等效的方法.这节课从实验入手,学生通过自己动手找出合力与分力之间的关系,这样容易使学生接受.通过实验和多个实例说明一个事实:因为两个力作用在一个物体上,物体所表现出来的形变量或者运动状态的改变跟一个力作用在这个物体上时,物体所表现出来的形变量或者运动状态的变化相同.对于平行四边形定则的教学,能够在初步的矢量合成的基础上进一步加深,能够先实行在一条直线上力的合成,然后再实行互成角度力的合成.平行四边形定则让学生在实验过程中得出,让学生自己发现规律,有利于锻炼学生的水平.对于共点力的教学,重点在于利用演示实验和生活实例,形象地比照共点力和非共点力,在此基础上建立共点力的图景.本节是学生未接触过的全新内容.等效观点、力的合成等内容,学生都感到别扭.假如力的合成的平行四边形定则掌握不好,后续课程中的合成、电场磁场的叠加就不能得心应手.所以这节课在物理学中的地位和作用至关重要.二、教学目标知识与技能1.理解合力、分力、力的合成、共点力的概念.2.理解力的合成本质上是从作用效果相等的角度实行力的相互替代.3.会用力的合成的平行四边形定则实行力的合成.过程与方法1.培养学生的实验水平,理解问题的水平,应用数学知识解决物理问题的水平;2.实行科学态度和科学方法教育,理解研究自然规律的科学方法,培养探求知识的水平;3.树立等效观点,形成等效思想,这是非常重要的处理问题的思想.情感态度与价值观1.培养学生擅长交流的合作精神,在交流合作中发展水平,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.3.让学生积极参与课堂活动,设疑、解疑、探求规律,使学生始终处于积极探求知识的过程中,达到最正确的学习心理状态.三、教学重点1.使用平行四边形定则求合力.2.合力与分力的关系.四、教学难点使用等效替代思想理解合力概念是难点.五、教学过程导入新课故事导入据报道,因近日雨水较多路面太滑,一辆拖拉机在某地不慎落入路边的一条水沟,司机闫师傅被压在拖拉机后轮下面的水里,当场昏迷,幸亏附近十几个村民合力抬起车轮把闫师傅救出来抬到岸上才使闫师傅即时脱险.除了十几个村民抬起拖拉机外,我们还能够用吊车吊起拖拉机来达到同样的目的.在这个例子中吊车的作用效果与十几个村民的作用效果是相同的.实验导入两个女同学把一桶水抬到讲桌上,然后再让一个男同学自己把水提到讲桌上.在这个实验中两个女同学对水桶的作用效果和一个男同学的作用效果相同.推动新课一、力的合成一个力与几个力产生了同样的效果,能够用这个个力代替那几个力,这个个力是那几个力的合力,那几个力是这个个力的分力.当一个物体受到几个力共同作用时,我们常常能够求出这样一个力,这个力的作用效果跟原来几个力的作用效果相同,这个力就叫做那几个力的合力.求几个力的合力的过程叫做力的合成.下面我们来探究一下求几个力的合力的方法.演示1:两个弹簧秤互成角度地悬挂一个钩码,拉力分别为F1和F2;再用一个弹簧秤悬挂同一个钩码,拉力为F.分析:F1和F2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.因为力F产生的效果与力F1和F2共同作用产生的效果相同,力F就叫做力F1和F2的合力.这种等效代替的方法是物理学中常用的方法.问题:互成角度的两个力的合力与分力的大小、方向是否相关?假如相关,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,能够用一个力F作用,也能够用2个力F1和F2同时作用.如能想办法确定F1和F2以及F的大小和方向,就可知F与F1和F2间的关系.演示2:将如图3-4-1所示实验装置安装在贴有白纸的竖直平板上.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F1和F2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F1和F2共同作用产生的效果相同,力F等于F1和F2的合力,在力F1和F2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F1和F2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.图3-4-1学生实验:将白纸钉在方木板上,用图钉固定一橡皮筋,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,记下此时两弹簧秤的示数,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.用力的图示作出这3个力观察找出3个力之间的关系演示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力,不是简单地将两个力相加减.那么互成角度的两个力F1和F2的合力的大小和方向是不是能够用以F1和F2的有向线段为邻边所作的平行四边形的对角线来表示呢?下面请同学根据自己的实验数据来验证.图3-4-2结论:总结平行四边形定则:求互成角度的两个力的合力,能够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3-4-2.问题:合力F与F1和F2的夹角有什么关系?假如两个分力的大小分别为F1、F2,两个分力之间的夹角为θ,当θ=0°时,它们的合力等于多少?当θ=180°时,它们的合力又等于多少?平行四边形定则的具体应用方法有两种:1.图解法(1)两个共点力的合成:从力的作用点作两个共点力的图示,然后以F1、F2为边作平行四边形,对角线的长度即为合力的大小,对角线的方向即为合力的方向.用直尺量出对角线的长度,依据力的标度折算出合力的大小,用量角器量出合力与其中一个力之间的夹角θ.如图3-4-3所示.图3-4-3图3-4-3中F1=50 N,F2=40 N,合力F=80 N.(2)两个以上力的合成: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.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(如余弦定理)算出对角线所表示的合力的大小和方向.图3-4-4当两个力互相垂直时,如图3-4-4有: F=2221F Ftan θ=F 2/F 1.例1教材例题例2如图3-4-5所示,一个木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F 1、F 2和静摩擦力作用,而且三个力的合力为零,其中F 1=10 N ,F 2=2 N.若撤去力F 1,则木块在水平方向受到的合力为多少?图3-4-5解析:F 1和F 2的合力F 12=F 1-F 2=8 N ,方向向右,又因物体受三力作用且合力为零,故静摩擦力f =8 N ,方向向左.若撤去力F 1,则木块受F 2作用而有向左运动的趋势,此时物体受到的静摩擦力为2 N ,方向向右,木块仍保持静止状态,木块在水平方向受到的合力为零.答案:0合力大小的范围:使用合力与分力关系模拟演示器,让两个力F 1和F 2之间的夹角θ由0°→180°变化,能够得到:(1)合力F 随θ的增大而减小.(2)当θ=0°时,F 有最大值F max =F 1+F 2,当θ=180°时,F 有最小值F min =F 1-F 2. (3)合力F 既能够大于,也能够等于或小于原来的任意一个分力.一般地|F 1-F 2|≤F ≤F 1+F 2问题:如何求多个力的合力?引导学生分析:任何两个共点力均能够用平行四边形定则求出其合力,所以对多个共点力的合成,我们能够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.3.矢量和标量问题:我们学过很多物理量,如:长度、质量、时间、能量、温度、力、速度等.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.二、共点力学生自学课本上相关共点力的知识,教师提示学生在阅读的时候注意这样几个问题:1.什么样的力是共点力?2.你认为掌握共点力概念时应该注意什么问题?3.力的合成的平行四边形定则有没有适用条件,假如有,适用条件是什么?注:这个局部知识相对简单,能够通过学生自学,锻炼学生的阅读水平和自学水平.参考答案:1.假如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.2.掌握共点力时,不但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.3.力的合成的平行四边形定则只适用于共点力作用的情况.六、课堂小结学生习惯于代数运算,产生定势思维,所以对矢量运算特别不习惯,不易接受.所以在作用效果相同的基础上理解合力与分力的关系,理解平行四边形定则,是难点.平行四边形定则的探索是应用的重点.所以,无论从课堂讲解,还是实验的设计操作、习题练习、课后作业等,都应围绕平行四边形定则展开.。
力的合成一、对教材的认识(一)总体认识本节是高中物理必修课的第五节,是学生在初中从未接触过的全新内容。
等效观点、力的合成等内容,学生都感到别扭。
力的合成是解决力学的基础和工具,力的合成不过关,后续课的学习中,对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解和应用都无从谈起。
如果力的合成的平行四边形法则掌握不好,后续课程中的合成、电场磁场的叠加就不能得心应手。
这节课前接三种常见的力,后启力的分解和力学的一些重要定律的应用,因此这节课在物理学中的地位和作用至关重要,上好这节课决定了高中物理是开门红,还是开门黑。
(二)对“力的合成”教材本身的认识1、从本节课教学目标上来说,应从以下几个方面来认识和理解:①知识内容目标:a)理解合力与分力的概念。
b)掌握力的合成。
c )会用力的合成的平行四边形定则进行力的合成。
②物理思想方法培养目标:树立等效观点,建立等效思想,这是非常重要的处理问题的思想,有利于理解交流电有效值。
③能力目标:这节课有利于培养学生实验能力,理解问题的能力,应用数学知识解决物理问题的能力。
④德育目标:可以实现实事求是、坚持内容与形式的统一的辩证唯物主义思想教育。
作画法求合力要规范,可以培养学生严谨认真的科学态度。
2、从该教材在整个中学物理的知识体系中的地位来看:①牛顿第二定律中的加速度是合力产生的加速度,动量定理的冲量是合外力的冲量,动能定理中的功是合外力做的功,物理平衡的平衡条件是合外力为零,所有这些规律的理解和应用都是以力的为基础的。
设想把力的合成这一节去掉,整个力学还能进行下去吗?②分解和正交分配是利用等效代替的思想解决问题,但这离不开平行四边形定则,更重要的是正交分配的归宿是为了求合力。
③本教材还可以为以后理解运动合成、场的叠加奠定基础。
④力学之所以难,就在于矢量太多(中学物理中一共10个,力学有8个),善于并掌握好矢量的计算,是突破力学难点的一个关键问题。
3、从教材大纲和考试说明来看:这部分教材都定格B层次要求,在考试中也经常出现,例如1993年,1994年,1995年,1997年高考内容都有这方面的考查。
力的合成·教案一、知识技能目标:1、了解合力、分力、力的合成、共点力的概念2、通过实验归纳法,探知出“互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则”,并能用之求合力。
3、能判断其合力随夹角的变化情况,掌握合力的变化范围,会用直角三角形知识求合力。
二、体验性目标(过程与方法、情感态度价值观):通过实验操作,养成良好的观察能力、动手能力、物理思维能力。
通过实验数据采集,培养数据分析处理能力,养成实事求是的科学态度。
二、重点与难点分析1、通过探索性实验,归纳出互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则。
2、力的平行四边形定则的应用。
3、合力与分力间的等效替代关系,尤其是合力的大小与两个分力间夹角的关系。
三、教学器材方木板(1块)、弹簧秤(2只)、橡皮筋(1条)、细线若干。
四、教学过程复习与引入在初中自然科学中,我们学过“一个力产生的效果,与两个力共同作用产生的效果相同,这个力就叫做那两个力的合力,求两个力的合力叫做二力的合成。
并学习了在同一直线上的两个力的合成。
如:作用在同一物体上,且在同一直线上的两个力F1、F2,其大小分别为5N、3N,若F1、F2的方向相同,那以它们的合力大小等于两力之和,为8N,合力方向与F1、F2的方向相同。
反之,如果F1、F2的方向相反,那么它们的合力大小等于两力之差,为2N,合力方向与较大的那个力的方向相同。
这说明:同一直线上两个力的合力,与两个力的大小、方向两个因素有关。
设问:如果两个力不在一条直线上,那该如何求合力?幻灯片展示:在大扫除时,力气大的同学可以一个人拎起满满一桶水,力气小的同学虽然一个人拎不动,但可以两个人一块拎,达到相同的效果。
在这个例子中,一个人的力F产生的效果,与两个人的力F1、F2共同作用产生的效果相同,这个力F就叫做那两个力F1、F2的合力,而那两个力F1、F2就叫这个力F的分力。
求F1、F2两个力的合力F,叫做二力的合成。
幻灯片展示:合力、分力、力的合成的定义设问:在该图中,两个分力与刚才所举例中的两个分力有何不同?(学生回答):F1、F2不在同一直线上,而是互成角度。
第4节力的合成和分解教学设计认识共点力:几个力若都作用在物体的同一点,或者他们的作用线交于一点,我们把这几个力叫做共点力。
思考与讨论:一个静止的物体,在某平面上受到5个力作用,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?一、合力和分力思考与讨论:观察下面的情景图片,结合生活经验思考:两位小孩对水桶施加的两个力与一个大人对水桶施加的一个力,就“提起水桶”这一作用效果而言,相同吗?他们可以相互代替吗?(一)合力和分力1.合力: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,这个力就叫做那几个力的合力。
2.分力: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。
(二)合力和分力的关系1.等效性:合力的作用效果与分力的共同作用效果相同,它们在效果上可以相互替代。
“等效替代”2.同体性:各个分力是作用在同一物体上的,分力与合力为同一物体,作用在不同物体上的力不能求合力。
3.瞬时性:各个分力与合力具有瞬时对应关系,某个分力变化了,合力也同时发生变化。
二、力的合成和分解(一)力的合成和分解定义1.力的合成:我们把求几个力的合力的过程叫做力的合成。
2.力的分解:我们把求一个力的分力的过程叫做力的分解。
(二)同一直线上两个力的合成法则1.两个力同向合成:2.两个力反向合成:【小结】同一直线上的两个力的合成法则:直接加减的代数运算法则,同向相加和反向相减。
思考与实验:(1)如果两个力不在同一直线上,求两个力的合力是否还遵循直接加减的代数运算法则?(2)动手小实验:利用两只弹簧测力计、一个重物。
如图做实验,比较F和F1+F2的关系,你有何发现?(三)探究两个互成角度的力的合成规律1.实验器材及方案:方木板一块、白纸、弹簧测力计(两只)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(几个)、细芯铅笔。
《力的合成》教学设计【教材分析、学生分析及教学处理】“平行四边形定则”是矢量运算的普遍法则,学习它不但是研究力的合成与分解的需要,也是为以后学习速度的变化、动量的变化等矢量运算做准备,但矢量的运算法则对初学者来说是很难跨越的一个台阶,为此可关注以下几点:1、对于本节教学,改变了过去一贯采用的“验证性”实验教学方式,而采用“探究性”实验教学,让学生在自己原有“同一直线上两个力的合成”的知识基础上,通过“猜测、实验、归纳、总结”的探究过程,自己得出“不在同一直线上的两个力的合成”所遵循的“平行四边形定则”,并让学生在此过程中体会“实验归纳法”。
2、学生对矢量的认识还很肤浅,但只要老师引导得当,注重分析贴近学生生活的实际问题,就目前学生的知识水平而言,教学活动应该会比较顺畅,学生各方面的能力可以得到培养。
3、教材在第一章第2节中已经设置了一个“思考与讨论”栏目,让学生通过对两段互成角度的位移的合成,体验矢量相加的“三角形定则”,虽未提到“平行四边形定则”,但已为后面有关矢量合成的研究埋下伏笔。
所以在本节课中,应该加以充分利用,使学生在学习过程中感觉自然、水到渠成。
4、力的合成规律的探究过程依据的是“等效替代”思想,学生只有领悟了这一思想,才有可能以它为指导思想真正理解“平行四边形定则”,才有可能灵活应用。
5、利用实验探究的方法来得到平行四边形定则,一来可以培养学生进行实验探究的能力,二来可以培养学生勇于探索的精神。
学生经过这一过程,在一定程度上也提高了运用知识的能力。
【教学目标】(一)知识与技能1、理解合力与分力的概念,知道什么是力的合成。
2、掌握力的“平行四边形定则”,会用作图法求两个共点力的合力。
3、会定性分析合力随两个分力夹角的变化情况,掌握合力的变化范围。
4、能区分矢量与标量,能用力的合成分析日常生活中的问题(二)过程与方法1、采用“等效替代”思想来理解合力与分力的概念,并在这一思想的指导下,通过实验探究来体验“力的平行四边形定则”的发现过程。
§3.4 力的合成基本概念1、合力与分力(1)合力与分力的概念:一个力产生的效果跟几个力共同作用产生的效果________,这个力就叫做那几个力的________,而那几个力就叫做这个力的______。
(2)合力与分力的关系:①合力与分力之间是一种__________的关系。
一个物体同时受到几个力的作用时,如果用另一个力来代替这几个力而作用效果________,这个力就叫那几个力的合力,但必须要明确合力是虚设的等效力,并非是真实存在的力。
合力没有性质可言,也找不到施力物体,合力与它的几个分力可以等效替代,但不能共存,否则就添加了力。
②一个力可以有多个分力,即一个力的作用效果可以与多个力的作用效果相同。
当然,多个力的作用效果也可以用一个力来代替。
2、共点力(1)概念:几个力如果都________________,或者它们的__________________________,则这几个力叫共点力。
(2)一个具体的物体,所受的各个力的作用点并非完全在同一个点上,若这个物体的形状、大小对所研究的问题没有影响,我们就认为物体所受到的力就是共点力。
如图甲所示,我们可以认为拉力F、摩擦力F f及支持力F N都与重力G作用于同一点O。
又如图乙所示,棒受到的力也是共点力。
3、力的合成:⑴概念:_________________________叫力的合成。
⑵力的合成的本质:力的合成就是找一个力去代替几个已知的力,而不改变其作用效果。
⑶求合力的基本方法——利用___________________________________。
① 平行四边形定则内容:如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作____________,那么,合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的_________表示出来。
这种方法叫做力的平行四边形定则。
注意:平行四边形定则只适用于共点力。
应用余弦定律F 合=θcos 2212221F F F F ++◆分力的大小与合力的大小的关系a. 两个分力同向,合力大小为两个分力之_____。
第四节力的合成
授课:全石临
教材分析
力的合成是解决力学的基础和工具,力的合成不过关,后续课的学习中,对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解和应用都无从谈起.力的合成是矢量的合成,是为以后物体受力分析作准备的一节课,理解力的合成需要掌握一种方法,那就是等效的方法.这节课从实验入手,学生通过自己动手找出合力与分力之间的关系,这样容易使学生接受.通过实验和多个实例说明一个事实:由于两个力作用在一个物体上,物体所表现出来的形变量或者运动状态的改变跟一个力作用在这个物体上时,物体所表现出来的形变量或者运动状态的变化相同.对于平行四边形定则的教学,可以在初步的矢量合成的基础上进一步加深,可以先进行在一条直线上力的合成,然后再进行互成角度力的合成.平行四边形定则让学生在实验过程中得出,让学生自己发现规律,有利于锻炼学生的能力.
对于共点力的教学,重点在于利用演示实验和生活实例,形象地对比共点力和非共点力,在此基础上建立共点力的图景.
本节是学生未接触过的全新内容.等效观点、力的合成等内容,学生都感到别扭.如果力的合成的平行四边形定则掌握不好,后续课程中的合成、电场磁场的叠加就不能得心应手.因此这节课在物理学中的地位和作用至关重要.
教学目标:
知识与技能
1.理解合力、分力、力的合成、共点力的概念.
2.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.
3.会用力的合成的平行四边形定则进行力的合成.
过程与方法
1.培养学生的实验能力,理解问题的能力,应用数学知识解决物理问题的能力;
2.进行科学态度和科学方法教育,了解研究自然规律的科学方法,培养探求知识的能力;
3.树立等效观点,形成等效思想,这是非常重要的处理问题的思想.
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.
3.让学生积极参与课堂活动,设疑、解疑、探求规律,使学生始终处于积极探求知识的过程中,达到最佳的学习心理状态.
教学重点:(1)理解合力与分力的关系(2)力的平行四边形定则
教学难点:合力的大小与分力间夹角的关系
教学方法:实验归纳法
教学用具:
平行四边形定则演示器、钩码、弹簧秤、细线、三角板
学生每两人一组:方木板、白纸、弹簧秤(两个)、橡皮条、细绳两条、三角板、刻度尺、图钉(几个)
课时安排: 1课时
教学步骤:
一、导入新课
如图甲,一个力用力F可以把一筒水慢慢地提起,图乙是两个人分别用F1、F2两个力把同样的一筒水慢慢地提起。
那么力F的作用效果与F1、F2的共同作用的效果如何?
学生:效果是一样的。
老师:那么力F就叫做F1与F2的合力,如果我们要求F1和F2的合力,就叫力的合成。
我们这节课就来学习力的合成符合什么规律。
二、新课教学
(一)用投影片出示本节课的学习目标
1、知道共点力的概念
2、知道合力和分力是从力的效果的角度区分
3、掌握平行四边形定则,它是力的合成的基本法则
4、会用图示法求共点力的合力
5、知道矢量和标量的概念,知道它们有不同的运算规则。
(二)学习目标完成过程
1、请同学阅读教材,回答下列问题(出示投影片)
(1)一个力作用在物体上产生的与几个力共同作用在物体上的
一样,那这个力就是这个力的。
(2)如果几个力都作用在物体的同一点,或者它们的相交于同一点,这几个力叫做共点力。
2、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)
(1)把放木板固定在黑板上,用图钉把白纸定字再生放木块上。
(2)用图钉把橡皮条一端固定在A点,结点自然状态在O点,结点上系着细绳,细绳的另一端系着绳套。
(3)用两弹簧秤分别勾住绳索,互成角度地拉橡皮条,使结点到达O′点。
让学生记下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。
(4)放开弹簧秤,使结点重新回到O点,再用一只弹簧秤,通过细绳把橡皮条的结点拉到O′,读出弹簧秤的示数F,记下细绳的方向,按同一标度作出F1、F2和F1的力的图示。
(5)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,即对角线与合力重合,也就是说,对角线就表示F1、F2的合力。
(6)指导学生进行分组实验
观察学生实验情况,数据处理,要求操作的规范,遵从实验结果,尽量把误差减小到最小。
要求同学用平行四边形法则作出F1与F2的合力,与实际合力对照,相距多远,差距大不大。
总结:可见互成角度的两个力的合成,不是简单的斤两个力相加减,而是用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形,这两邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。
这就要平行四边形定则。
以后我们还要利用这个定则进行速度、加速度等的合成,只要是矢量的合成、就遵从平行四边形定则。
如果在实验中,对角线与合力相距比较远,那就找一找原因,是否有错误操作,即使操作完全正确,也会有实验误差,也不会完全重合。
这种情况很正常,一个规律的得出要很多人在很长时间里,进行许多此实验才总结出来,并不是一次实验就能得到。
3、运用平行四边形定则求互成角度的两个力的合力。
例:力F1=45N,方向水平向右。
力F2=60N,方向竖直向上,用作图法求解合力F的大小和方
向。
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F =15N× 5
.0L 即可求出。
教师要在黑板上板演示。
(1)巩固训练:(出示投影片)
两个力互成30°角,大小分别为90N 和120N ,用作图法求出合力的大小和方向。
(2)如果是三个共点力作用在物体上,又如何求他们的合力呢?为什么可以这样求?
学生讨论会得到: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,就得到其合力。
因为每一次合成都遵从每两力与其合力产生共同效果的思想,所以可以这样合成。
(3)请同学完成教材上的思考与讨论。
提问,如果两个分力F 1、F 2,他们的夹角不定,求其合力的范围。
(用作图法)
同学们用作图法得到:
F max =F 1+F 2(两力夹角为0°)
F min =F 1-F 2(两力夹角为180°,F 合于大的方向一致)
夹角在0°——180°之间,后介于 F min 与F max 之间。
总结:1、两个供电力的合力大于等于二力之差,小于等于二力之和。
2、合力F 可大于某一分力,也可以小于某一分力。
三、小结
这节课主要掌握利用平行四边形定则,用作图法求两共点力的合力,并且用作图法得出两力夹角不定的情况下,F 合取值范围,我们下课后要多动手练习,掌握这种方法。
四、作业
1、当堂检测卷
2、有F 1=5N ,F 2=8N ,F 3=10N ,他们之间的夹角可以任意改变,求他们的最大合力和最小合力。
五、板书设计
1、
⎪⎩⎪⎨⎧共点力力的合成
合力概念
2、力的合成遵循平行四边形。
六、课堂小结
学生习惯于代数运算,产生定势思维,所以对矢量运算特别不习惯,不易接受.因此在作用效果相同的基础上理解合力与分力的关系,理解平行四边形定则,是难点.平行四边形定则的探索是应用的重点.所以,无论从课堂讲解,还是实验的设计操作、习题练习、课后作业等,都应围绕平行四边形定则展开.。