2016_2017学年高中物理专题3.4力的合成预基础版含解析新人教版必修1

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：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.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.三、教学重点1.运用平行四边形定则求合力.2.合力与分力的关系.四、教学难点运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及时脱险.除了十几个村民抬起拖拉机外，我们还可以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.推进新课一、力的合成一个力与几个力产生了同样的效果，可以用这一个力代替那几个力，这一个力是那几个力的合力，那几个力是这一个力的分力.当一个物体受到几个力共同作用时，我们常常可以求出这样一个力，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.由于力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可以用以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，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3-4-2.问题：合力F与F1和F2的夹角有什么关系？如果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：运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，可以得到：（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 既可以大于，也可以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.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有关共点力的知识，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，如果有，适用条件是什么？注：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.参考答案:1.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.2.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.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.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.《力的合成》的教学设计【学习者分析】①．本人所在学校属于省级示范学校，学生在初中就已经进行了很长时间的探究体验，因此他们有探究的基础，优点是思维活跃，善于观察、总结、提出并回答问题，不过还存在“眼高手低”的问题及实验器材问题。

力的合成【学习目标】1.明白合力与分力的概念及力的合成的概念.2.明白得平行四边形定那么是一切矢量合成的普遍法那么，会用平行四边形定那么求合力，明白分力与合力间的大小关系.3.明白共点力的概念，会用作图法、计算法求合力．【自主学习】一、合力与分力若是一个力F产生的跟原先几个力的一起成效，咱们就称F为那几个力的合力，原先的几个力叫做．二、力的合成1．概念：求的进程叫做力的合成．2．力的平行四边形定那么：两个力合成时，以表示这两个力的线段为作平行四边形，这就代表合力的大小和方向．3．多力合成的方式：先求出任意两个力的合力，再求出那个合力跟的合力，直到把力都合成进去，最后取得的结果确实是这些力的合力．三、共点力1．共点力：若是几个力一起作用在，或虽不作用在同一点上，但它们的，那么这几个力叫做共点力．2．力的合成的平行四边形定那么，只适用于 .1．关于共点力，以下说法中不正确的选项是：（）A．作用在一个物体上的两个力，若是大小相等，方向相反，这两个力是共点力B．作用在一个物体上的两个力，若是是一对平稳力，那么这两个力是共点力C．作用在一个物体上的几个力，若是它们的作用点在同一点上，那么这几个力是共点力D．作用在一个物体上的几个力，若是它们力的作用线汇交于同一点，那么这几个力是共点力【答案】A【解析】作用在一个物体上的两个力，大小相等、方向相反，能够在一条直线上，现在既是一对平稳力，又是共点力，也能够不在同一条直线上，这时既不是平稳力，也不是共点力，A错，B，C，D正确。

但此题是判定不正确的，选A。

2．某同窗在单杠上做引体向上，在以下选项中双臂使劲最小的是：（）【答案】B3．关于互成角度的两个共点力，有关它们的合力与分力关系的以下说法中，正确的选项是：（）A．合力的大小必然大于小的分力、小于大的分力B．合力的大小随分力夹角的增大而增大C．合力的大小必然大于任意一个分力D．合力的大小可能大于大的分力，也可能小于小的分力【答案】D【解析】依照力的平行四边形定那么，平行四边形的对角线表示合力，两个邻边表示分力，合力与分力的大小关系，反映在平行四边形中是对角线和两个邻边的长短关系．依照力的平行四边形定那么可知，两个共点力的合力大小可能大于分力，也可能小于分力，因此合力可能大于大的分力，也可能小于小的分力，合力的大小随两分力夹角的增大而减小，故正确答案为D.4．(多选)三个力作用在一个物体上，其大小别离为7 N、8 N、9 N，其合力大小可能是：（）A．0 B．7 N C．15 N D．25 N【答案】ABC【解析】由题意可知，三个力作用在一个物体上，当三个力的方向相同时，合力最大，最大值为F max＝7 N ＋8 N＋9 N＝24 N；7 N、8 N两个力的合力范围为1 N到15 N，那么9 N那个力能够与7 N、8 N两个力的合力平稳，三个力的合力可能为零，故三个力的合力范围为0≤F合≤24 N，故A、B、C正确，D错误．5．六个共点力的大小别离为F、2F、3F、4F、5F、6F，相邻两力间的夹角均为60°，如下图，试确信它们的合力的大小和方向．【答案】6F，方向与大小为5F的力同向6．如下图，一名骑独轮车的杂技演员在空中钢索上演出，若是钢索所经受的最大拉力是2000N，演员和独轮车的总质量为80kg，独轮车双侧的钢索最大成150°夹角，钢索能平安利用吗？(cos75°＝，g取10N/kg)【答案】能【解析】对钢索上与车轮接触的点受力分析，如下图。

普通高中课程标准实验教科书物理必修1第三章第四节《力的合成》教学设计【设计思想】在传统的教学中，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。

为了体现新课程所倡导的崭新的教学理念“以人为本”，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。

通过这种探究性的教学，培养学生共同协作、相互交流的良好品质；使学生养成善于观察现象、大胆提出问题、敢于猜想和假设的科学修养；提高学生制定计划、进行简单的实验设计和手脑并用的实践能力；使学生体会实验在科学探究中的重要性，增强学生的探索意识。

【教材分析】本章是高中力学的基础，等效思想、平行四边形定则既是这一章的重点，又是难点。

矢量的运算法则，是矢量概念的核心内容，又是学习物理学的基础，同时平行四边形定则的验证过程，对培养学生严谨的科学态度和科学思维方法也有很重要的作用。

教材是通过演示实验说明合力与分力的等效代替性质，比较直观，容易接受。

而演示生活中常见的几种现象（提水、拉伸弹簧等等），可以使学生对“等效代替”思想有更深入的体验。

教材中对于“力的平行四边形定则”的得出让学生自己动手设计出实验方案，以探究教学方法来引导学生去寻找共点力与其合力的关系，最终发现结论。

通过分小组探究、互相交流的形式进行教学，学生在探究过程中不仅掌握知识，而且培养能力，领悟科学研究的魅力和精髓之所在。

【学情分析】对力的概念，初中教科书中只给出力的作用效果，没有给出力的定义，更没有给出矢量的概念，平行四边形定则是学生第一次接触，对于初上高中的学生来说，是一个大的飞跃，习惯于代数运算的学生，在接受矢量运算时有一定的困难，根据学生的实际水平和探究任务的难度采用不同的教学模式，根据问题情景式探究任务运用适当的思维方法。

教学中要注意规范性，但不必操之过急，本节课的教学选用探究与验证相结合的模式。