2019-2020年高中物理 4.1 力的合成教案 魯科版必修1知識與技能1.區(qū)分矢量和標(biāo)量.2.通過實驗探究，理解力的合成.3.理解兩個互成角度的共點力的合成遵循平行四邊形定則.4.能用力的合成分析解決生活中的實際問題.5.通過實驗，培養(yǎng)學(xué)生實驗、探索、總結(jié)規(guī)律的能力，應(yīng)用數(shù)學(xué)工具處理物理問題的能力，滲透等效思想.過程與方法1.運用已有的知識和方法分析解決實際問題.2.參與實踐，培養(yǎng)動手能力.3.培養(yǎng)認(rèn)真、仔細(xì)、實事求是的科學(xué)態(tài)度.情感態(tài)度與價值觀1.發(fā)展學(xué)生對科學(xué)的好奇心和求知欲望，培養(yǎng)學(xué)生科學(xué)探究的精神和參與科技活動的熱情.2.通過平行四邊形定則的學(xué)習(xí)，使學(xué)生體會到幾何圖形中的對稱美.教學(xué)設(shè)計教學(xué)重點 1.重點：運用平行四邊形定則求合力.解決辦法：通過演示、學(xué)生實驗，從實驗中歸納出平行四邊形定則，并結(jié)合數(shù)學(xué)知識處理具體問題.2.難點：運用數(shù)學(xué)工具求解物理問題，如何從實驗中歸納總結(jié)出平行四邊形定則.教學(xué)難點 1.力的合成是“等效思維”在解決實際問題中的應(yīng)用，它可將幾個同時作用于一個物體上的力用一個力“等效替代”，使物體受力情況簡化.這種“等效替代”是高中物理中常用的研究方法之一.2.求幾個力的合力，必須以這幾個力同時作用于同一個物體為前提.3.力的三角形法是力的平行四邊形法的推論，平行四邊形法是一切矢量合成的普遍法則.掌握和運用平行四邊形定則是本節(jié)課的重點，也是難點.4.疑點:1+12？教具準(zhǔn)備 一幅畫、一個重物、彈簧秤(學(xué)生每兩人一組，每組兩只)、細(xì)線(每組兩根)、橡皮筋(每組一條)、木板(每組一塊)、白紙(每組一張).課時安排 1課時教學(xué)過程導(dǎo)入新課 (教師活動)介紹力平衡的例子：教材86頁，梵凈山的蘑菇石和山西的懸空寺.(設(shè)計意圖)引起學(xué)生的興趣.推進(jìn)新課 在初中，我們學(xué)過“一個力產(chǎn)生的效果，與兩個力共同作用產(chǎn)生的效果相同，這個力就叫做那兩個力的合力，求兩個力的合力叫做二力的合成.教師活動重物靜止放在桌面上，請學(xué)生分析重物的受力情況.(設(shè)計意圖)復(fù)習(xí)二力平衡的知識.學(xué)生活動分析出重物受兩個力，兩個力大小相等，二力平衡.教師活動給重物加一個向下的力，仍使重物保持靜止，請學(xué)生分析重物的受力.(設(shè)計意圖)先給出物體受三個力的情景，復(fù)習(xí)同一直線上多個力的處理方法，為后面力的合成作過渡.學(xué)生活動分析出物體受重力、壓力、支持力，三個力作用下物體平衡.教師活動提出問題：當(dāng)力更多時，怎樣應(yīng)用二力平衡？學(xué)生活動得出減少力的個數(shù)，將多個力化為兩個力.教師活動將一幅畫掛在墻上，使畫靜止，如教材87頁圖5-3-.請學(xué)生分析受力情況.(設(shè)計意圖)物體受三個不在同一直線的力，由這個情景引發(fā)學(xué)生思考解決問題的方法力的合成.學(xué)生活動分析出物體受三個力和力的方向.可能出現(xiàn)的問題及預(yù)案學(xué)生這時解釋物體平衡可能會出現(xiàn)問題.這時教師提出問題，能否也把問題轉(zhuǎn)化為二力平衡來解決？如果能，應(yīng)怎樣做？學(xué)生活動想辦法將其中的兩個力變?yōu)橐粋€力.教師活動進(jìn)行小結(jié)，給出共點力、力的合成的概念.(設(shè)計意圖)這樣的設(shè)計是希望讓學(xué)生更好地理解為什么要用力的合成的方法，什么時候用力的合成. 在現(xiàn)實生活中，有這樣的例子：兩位同學(xué)沿不同方向共同用力提住一袋土石，解放軍戰(zhàn)士一人也能提住同一袋土石.教師活動兩個不在同一直線上的力要合成為一個力，能否直接進(jìn)行數(shù)值的加減？為什么？(設(shè)計意圖)通過力的合成加深學(xué)生對矢量和標(biāo)量的認(rèn)識.學(xué)生活動大部分學(xué)生會回答：不能.因為力是矢量，有大小、有方向.教師活動那么，怎樣用一個力來代替兩個力呢，下面請同學(xué)們自己通過實驗來研究得出結(jié)論.(設(shè)計意圖)讓學(xué)生自己動手得出結(jié)論，使學(xué)生更好地理解和掌握規(guī)律，同時，也增強學(xué)生的動手能力.學(xué)生活動自己用實驗研究力的合成的規(guī)律. 可能出現(xiàn)的問題及預(yù)案 學(xué)生可能不知道該怎樣做這個實驗或是步驟不對.方法引導(dǎo)1.可以研究橡皮筋的受力，分別用一個彈簧秤和兩個彈簧秤施加力，注意怎樣保證力是等效的.2.怎樣記錄并表示力的大小和方向？3.怎樣處理數(shù)據(jù)，總結(jié)規(guī)律？學(xué)生活動做實驗，畫出力的圖示，得出結(jié)論. 總結(jié)：平行四邊形定則的內(nèi)容. (演示)教師精講 將橡皮筋一端固定在M點，用互成角度的兩個力F1、F2共同作用，將橡皮筋的另一端拉到O點；如果我們只用一個力，也可以將橡皮筋的另一端拉到O點.如圖5-1-1、圖5-1-2所示. 教師可以給出一些提示：圖5-1-1 圖5-1-2 圖5-1-3 一個力F產(chǎn)生的效果，與兩個力F1、F2共同作用產(chǎn)生的效果相同，這個力F就叫做那兩個力F1、F2的合力，而那兩個力F1、F2就叫這個力F的分力.求F1、F2兩個力的合力F，也叫做二力的合成.如圖5-1-3所示. 與初中的二力合成不同的是，F(xiàn)1、F2不在同一直線上，而是互成角度. 這節(jié)課我們就來研究互成角度的兩個力的合成. 板書： 第一節(jié) 力的合成 同一直線上兩個力的合力，跟兩個力的大小、方向兩個因素有關(guān).那么， 板書： 互成角度的兩個力的合力跟兩個力的哪些因素有關(guān)呢？ 提問：互成角度的兩個力的合力與分力的大小、方向是否有關(guān)？如果有關(guān)，又有什么樣的關(guān)系？我們通過實驗來研究這個問題.首先，應(yīng)該確定兩個分力的大小、方向；再確定合力的大小、方向；然后才能研究合力與兩個分力的大小、方向的關(guān)系.那么怎樣確定兩個分力F1、F2的大小、方向呢？ 啟發(fā)學(xué)生回答：用彈簧秤測量分力的大小，分力的方向分別沿細(xì)繩方向，即沿所標(biāo)明的虛線方向.教師精講 彈簧秤的使用 在使用彈簧秤測量力的大小時，首先，要觀察彈簧秤的零刻度及最小刻度，同時要注意彈簧秤的正確使用及正確的讀數(shù)方法. 確定分力的大?。?邊演示邊講解兩人如何分工合作)一位同學(xué)用兩只彈簧秤分別鉤掛細(xì)繩套，同時用力互成角度地沿規(guī)定的方向拉橡皮筋，使橡皮筋的另一端伸長到O點；另一位同學(xué)用記號筆分別在相應(yīng)位置記下兩只彈簧秤的讀數(shù).這就是分力的大小. 注意：拉動橡皮筋時，要使兩只彈簧秤與木板平面平行. 現(xiàn)在，請同學(xué)們觀察M點有沒有固定橡皮筋，規(guī)定的方向是不是明確，記錄用的油筆有沒有？用鐵夾子將木板固定在桌上. 都準(zhǔn)備好之后，左邊同學(xué)拉橡皮筋，右邊同學(xué)讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)，測量兩個分力的大小，測量完之后請舉手！ 指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實驗 提問：怎樣確定合力F的大小、方向呢？ 引導(dǎo)學(xué)生回答：用一只彈簧秤通過細(xì)繩套也把橡皮筋拉到位置O，彈簧秤的讀數(shù)就是合力的大小，細(xì)繩的方向就是合力的方向. 確定合力的大小和方向：一位同學(xué)用一只彈簧秤通過細(xì)繩套也把橡皮筋拉到位置O，另一位同學(xué)用記號筆記下細(xì)繩的方向，并在相應(yīng)位置記下彈簧秤的讀數(shù).這就是合力的方向、大小.注意前后兩次實驗O點應(yīng)該重合. 現(xiàn)在，請右邊同學(xué)拉橡皮筋，左邊同學(xué)讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù)，確定合力的大小和方向. 視察學(xué)生實驗情況 到此為止，我們已經(jīng)確定了兩個分力以及它們的合力的大小、方向.為了弄清楚兩個力的合力與分力的大小、方向的關(guān)系，我們可以用力的圖示法形象地將分力和合力的大小、方向表示出來.數(shù)據(jù)處理(1)用力的圖示法分別表示分力及合力：選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)長度(3 cm長的線段表示1 N力)，利用三角板，從O點開始，用力的圖示法分別表示兩個分力及合力的大小、方向.注意標(biāo)準(zhǔn)長度要一致.如圖5-1-4所示，有向線段OA、OB、OC分別表示兩個分力及合力.圖5-1-4 現(xiàn)在，請同學(xué)們用力的圖示法將自己測量的分力和合力分別表示出來. 提問：分力的大小分別等于多少？合力的大小等于多少？ 進(jìn)一步提問：由此看來，互成角度的兩個力的合成，不能簡單地利用代數(shù)方法相加減.那么合力與分力的大小、方向究竟有什么關(guān)系呢？ 同學(xué)們仔細(xì)看看，O、A、C、B的位置關(guān)系有什么特點？ (停頓20秒，引導(dǎo)同學(xué)猜出) O、A、C、B好像是一個平行四邊形的四個頂點,OC好像是這個平行四邊形的對角線. 教師解說：OC好像是這個平行四邊形的對角線，這畢竟是一種猜測，究竟OC是不是這個平行四邊形的對角線呢？我們可以以O(shè)A、OB為鄰邊作平行四邊形OACB，看平行四邊形的對角線與OC是否重合.(2)用兩個三角板，以表示兩個分力的有向線段OA、OB為鄰邊，用虛線作平行四邊形OACB. (示范.強調(diào)鄰邊，利用兩個三角板作平行四邊形) 現(xiàn)在請同學(xué)們以自己所得的OA、OB為鄰邊，作平行四邊形，并連接OA、OB之間的對角線.(3)同學(xué)操作，教師指導(dǎo)，選出典型，投影講評.(4)比較平行四邊形的對角線和合力，發(fā)現(xiàn)對角線與合力很接近.(5)四組同學(xué)所得結(jié)果都是結(jié)論(4)，教師所得實驗結(jié)果也是結(jié)論(4)，那么結(jié)論(4)是不是普遍的呢？(6)經(jīng)過前人們很多次的、精細(xì)的實驗，最后確認(rèn)，對角線的長度、方向，跟合力的大小、方向一致，即對角線與合力重合，也就是說，對角線就表示F1、F2的合力. 可見求互成角度的兩個力的合力，不是簡單地將兩個力相加減，而是(可以)用表示兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就表示合力的大小和方向.這就是平行四邊形定則.如圖5-1-5所示.圖5 提問：有沒有同學(xué)實驗結(jié)果是對角線與合力相距比較遠(yuǎn)？ 有這種情況很正常，一個規(guī)律的得出，是由很多人在很長時間里，進(jìn)行了許多次實驗，才總結(jié)出來，并要經(jīng)得起實踐檢驗.因此，一個規(guī)律，并不是通過一次實驗就能得到的.如果有同學(xué)實驗結(jié)果是對角線與合力相距比較遠(yuǎn)，不要著急，課下我們一起來看看問題出在哪里.現(xiàn)在我們就用平行四邊形定則來求互成角度的兩個力的合力.小結(jié)：(1)互成角度的兩個力的合成，不是簡單地利用代數(shù)方法相加減，而是遵循平行四邊形定則.即合力F的大小不僅取決于兩個分力F1、F2的大小，而且取決于兩個分力的夾角. 現(xiàn)在，就來觀察一下合力與分力大小、方向的關(guān)系的動態(tài)情景. 電腦演示：合力F與兩個分力F1、F2的大小的關(guān)系； 合力F與兩個分力F1、F2的夾角的關(guān)系. 學(xué)生思考：如果兩個分力的大小分別為F1、F2，兩個分力之間的夾角為，當(dāng)=0時，它們的合力等于多少？當(dāng)=180時，它們的合力又等于多少？ (2)對平行四邊形定則的認(rèn)識，是通過實驗歸納法來完成的.實驗歸納法的步驟是：提出問題設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、獲取數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析多次實驗、歸納、總結(jié)得出結(jié)論.課堂小結(jié)1.互成角度的兩個力的合成，不是簡單地利用代數(shù)方法相加減，而是遵循平行四邊形定則.即合力F的大小不僅取決于兩個分力F1、F2的大小，而且取決于兩個分力的夾角.2.對平行四邊形定則的認(rèn)識，是通過實驗歸納法來完成的.實驗歸納法的步驟是：提出問題設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、獲取數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析多次實驗、歸納、總結(jié)得出結(jié)論.布置作業(yè)閱讀課本上信息窗.P90第1、2兩題.板書設(shè)計力的合成1.合力：一個力所產(chǎn)生的作用效果跟幾個力共同作用時產(chǎn)生的效果相同，這個力就叫那幾個力的合力.2.力的合成：求幾個力的合力叫做力的合成.3.共點力：幾個力共同作用于同一點，或者它們的作用線交于同一點，這幾個力叫做共點力.4.定則：如果用表示兩個共點力F1和2的線段為鄰邊作平行四邊形，那么，合力F的大小和方向就可以用這兩個鄰邊之間的對角線表示出來.這叫做力的平行四邊形定則.5.兩個共點力合力的大小范圍：|F1F2|FF1+F2.活動與探究 試做教材P90討論與交流中的模型，并用這個模型試研究合力與兩個力之間夾角的關(guān)系.