物理力的合成導(dǎo)學(xué)案
物理力的合成導(dǎo)學(xué)案
高一物理《力的合成》導(dǎo)學(xué)案
一、三維目標(biāo)
1.知識與技能
�、耪莆樟Φ钠叫兴倪呅畏▌t；
�、瞥醪竭\(yùn)用力的平行四邊形法則求解共點(diǎn)力的合力；
�、菚米鲌D法求解兩個共點(diǎn)力的合力；并能判斷其合力隨夾角的變化情況，掌握合力的變化范圍。
2．過程與方法
�、拍軌蛲ㄟ^實驗演示歸納出互成角度的兩個共點(diǎn)力的合成遵循平行四邊形定則；
�、婆囵B(yǎng)學(xué)生動手操作能力。
3．情感態(tài)度與價值觀
�、旁趯嶒灥倪^程中，掌握正確的方法，結(jié)果要符合實驗數(shù)據(jù)；
⑵培養(yǎng)學(xué)生實事求是的求實精神；
�、桥囵B(yǎng)學(xué)生的物理思維能力和科學(xué)研究的態(tài)度。
二、教學(xué)重點(diǎn)難點(diǎn)分析
1．重點(diǎn)：本課的重點(diǎn)是通過實驗歸納出力的平行四邊形法則，這同時也是本章的重點(diǎn)。
2．難點(diǎn)：對物體進(jìn)行簡單的受力分析、通過作圖法確定合力是本章的難點(diǎn)。
三、教學(xué)方法
1．關(guān)于矢量合成講解的教法
本課的重點(diǎn)是通過實驗歸納出力的平行四邊形法則，這同時也是本章的重點(diǎn)．由于學(xué)生剛開始接觸矢量的運(yùn)算方法，在講解中需要從學(xué)生能夠感知和理解的日�，F(xiàn)象和規(guī)律出發(fā)，理解合力的概念，從實驗現(xiàn)象總結(jié)出力的合成規(guī)律，由于矢量的運(yùn)算法則是矢量概念的核心內(nèi)容，又是學(xué)習(xí)物理學(xué)的基礎(chǔ)，對于初上高中的學(xué)生來說，是一個大的飛躍，因此教學(xué)時，教師需要注意規(guī)范性，但是不必操之過急，通過一定數(shù)量的題目強(qiáng)化學(xué)生對平行四邊形定則的認(rèn)識。
由于力的合成與分解的基礎(chǔ)首先是對物體進(jìn)行受力分析，在前面力的知識學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)對單個力的分析過程有了比較清晰的認(rèn)識，在知識的整合過程中，教師可以通過練習(xí)做好規(guī)范演示。
2．關(guān)于作圖法求解幾個共點(diǎn)力合力的教法
在講解用作圖法求解共點(diǎn)力合力時，可以在復(fù)習(xí)力的圖示法基礎(chǔ)上，讓學(xué)生加深矢量概念的理解，同時掌握矢量的計算法則。
�、谱⒁鈭D示畫法的規(guī)范性，在本節(jié)可以配合學(xué)生自主實驗進(jìn)行教學(xué)。
3．共點(diǎn)力概念講解的教法
關(guān)于共點(diǎn)力的概念講解時需要強(qiáng)調(diào)不僅作用在物體的同一點(diǎn)的力是共點(diǎn)力，力的作用線相交于一點(diǎn)的也叫共點(diǎn)力。注意平行力于共點(diǎn)力的區(qū)分（關(guān)于平行力的合成請參考擴(kuò)展資料中的“平行力的合成與分解”），教師講解示例中要避開這例問題。
四、教學(xué)工具
多媒體儀器（以視頻方式演示實驗等）教學(xué)設(shè)計過程：
五、教學(xué)過程
1．新課引入
由“曹沖稱象”故事引入──等效替代思想
�、磐ㄟ^對初中學(xué)過的單個力產(chǎn)生的效果，與兩個力共同作用的效果相同，引出共點(diǎn)力、合力和分力的概念，同時出示教學(xué)圖片，如：兩個人抬水、一根細(xì)線和兩根細(xì)線懸掛同一個物體。（圖片可以參見多媒體素材中的圖形圖像）
⑵提問：已知同一個物體由一根細(xì)線懸掛或由兩根細(xì)線懸掛，其效果怎么樣？能否等效替代？（教師講解時注意強(qiáng)調(diào)：‘述力的時候，要同時說明大小和方向，體現(xiàn)力的矢量性）
教師引導(dǎo)學(xué)生得到正確答案后，總結(jié)出“同一直線上二力合成”的規(guī)律：
物體受幾個力共同作用，我們可以用一個力代替這幾個力共同作用，其效果完全相同，這個力叫那幾個力的合力。已知幾個力，求它們的合力叫力的合成。
指明：
（1）同一直線上，方向相同的兩個力的合力大小等于這兩個力大小之和，方向跟這兩個力的方向相同。
（2）同一直線上，方向相反的兩個力的合力大小等于這兩個力大小之差，合力的方向跟較大的力方向相同。
⑶提問、若兩個力不在同一直線上時，其合力大小又是多少？合力的方向怎樣？
教師出示投影和圖片：兩個學(xué)生抬水對比一個同學(xué)抬水，讓學(xué)生考慮：一個力的效果與兩個力的效果相同，考慮一下是否“合力總比分力大”？
2．新課教學(xué)
演示1：將橡皮筋固定在A點(diǎn)，演示用兩個力F1、F2拉動橡皮筋到O點(diǎn)，再演示用F力將橡皮筋拉到O點(diǎn)，對比兩次演示結(jié)果，運(yùn)用力的圖示法將力的大小方向表示出來，為了讓學(xué)生更好的獲得和理解力的平行四邊性法則，在實驗前，教師可以設(shè)計F1、F2的大小為3N和4N，兩個力的夾角為90度，這樣數(shù)學(xué)計算比較簡單，學(xué)生很容易會發(fā)現(xiàn)F1、F2和F的關(guān)系滿足勾股定理，進(jìn)而得到力的平行四邊性定則，教師總結(jié)：兩個互成角度的力的合力，可以用表示這兩個力的線段作鄰邊，作平行四邊形，所夾的對角線就表示合力的大小和方向。
如何進(jìn)行力的合成呢？請同學(xué)看下面實驗（多媒體展示和視頻文件展示）
�。�1）把放木板固定在黑板上，用圖釘把白紙定字再生放木塊上。
�。�2）用圖釘把橡皮條一端固定在A點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)自然狀態(tài)在O點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)上系著細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套。
�。�3）用兩彈簧秤分別勾住繩索，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)O′點(diǎn)。讓學(xué)生記下O′的位置，用鉛筆和刻度尺在白紙上從O′點(diǎn)沿兩條細(xì)紙的方向畫線，記下F1、F2的力的大小。
（4）放開彈簧秤，使結(jié)點(diǎn)重新回到O點(diǎn)，再用一只彈簧秤，通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O′，讀出彈簧秤的示數(shù)F，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出F1、F2和F1的力的圖示。
�。�5）用三角板以F1、F2為鄰邊作平行四邊形，在誤差范圍內(nèi)，F(xiàn)幾乎是F1、F2為鄰邊的平行四邊形的對角線。
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。
（6）指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實驗
觀察學(xué)生實驗情況，數(shù)據(jù)處理，要求操作的規(guī)范，遵從實驗結(jié)果，盡量把誤差減小到最小。
要求同學(xué)用平行四邊形法則作出F1與F2的合力，與實際合力對照，相距多遠(yuǎn)，差距大不大。
總結(jié)：可見互成角度的兩個力的合成，不是簡單的斤兩個力相加減，而是用表示兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩鄰邊之間的對角線就表示合力的大小和方向。這就要平行四邊形定則。以后我們還要利用這個定則進(jìn)行速度、加速度等的合成，只要是矢量的合成、就遵從平行四邊形定則。
如果在實驗中，對角線與合力相距比較遠(yuǎn)，那就找一找原因，是否有錯誤操作，即使操作完全正確，也會有實驗誤差，也不會完全重合。
這種情況很正常，一個規(guī)律的得出要很多人在很長時間里，進(jìn)行許多此實驗才總結(jié)出來，并不是一次實驗就能得到。
�、七\(yùn)用平行四邊形定則求互成角度的兩個力的合力。
例：力F1＝45N，方向水平向右。力F2＝60N，方向豎直向上，用作圖法求解合力F的大小和方向。
解：選擇某一標(biāo)度，利用0．5c的長度表示15N的力，作出力的平行四邊形，用刻度尺量出對角線的長度L，利用F＝15N× 即可求出。
教師要在黑板上板演示。
（1）鞏固訓(xùn)練：（出示投影片）
兩個力互成90°角，大小分別為45和60N，用作圖法求出合力的大小和方向。
（2）如果是三個共點(diǎn)力作用在物體上，又如何求他們的合力呢？為什么可以這樣求？
學(xué)生討論會得到：先求出任意兩個力的合力，再求出這個合力跟第三個力的合力，直到把所有的力都合成進(jìn)去，就得到其合力。因為每一次合成都遵從每兩力與其合力產(chǎn)生共同效果的思想，所以可以這樣合成。
�。�3）請同學(xué)完成P13的思考與討論。
提問，如果兩個分力F1． F2，他們的夾角不定，求其合力的范圍。（用作圖法）
同學(xué)們用作圖法得到：
Fax=F1+F2（兩力夾角為0°）
Fin=F1－F2（兩力夾角為180°，F(xiàn)合于大的方向一致）
夾角在0°──180°之間，后介于 Fin與Fax之間。
總結(jié)：1．兩個供電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。
小結(jié)：互成角度的兩個力的合力F與這兩個力F1和F2是什么關(guān)系呢？
以F1和F2的力的圖示為一組鄰邊做平行四邊形，這個平行四邊形的對角線就可以表示合力F的大小和方向。
改變兩個力的夾角重做這個實驗，可以看出，上述的用平行四邊形的對角線來表示它們的合力都是成立的。
兩個互成角度的力，它們的合力小于這兩個力之和，大于這兩個力之差。這兩個力的夾角減小時合力增大。當(dāng)兩個力的夾角減小到0°時，兩個力變?yōu)橥粭l直線上同方向的，合力等于二力之和。這兩個力的夾角增大時，合力減小，夾角增大到180°時，這兩個力變?yōu)橥恢本�上，方向相反，合力等于二力之差。所以，上一節(jié)我們所學(xué)的同一直線上二力的合成問題是今天所學(xué)的知識的特殊情況。
六、板書設(shè)計
第四節(jié) 力的合成
1．幾個概念
�。�1）合力與分力：
注：合力與分力只是等效替代
�。�2）力的合成：求幾個力的合力。
�。�3）共點(diǎn)力：作用在物體同一點(diǎn)或者作用線相交于同一點(diǎn)的幾個力
2．同一直線上力的合成
�。�1）兩個分力方向相同 F=F1+F2
�。�2）兩個分力方向相反 F =F2-F1
3．互成角度的力的合成
滿足平行四邊形定則
｜F1－F2｜≤F合≤ F1＋F2
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