物理力的合成導學(xué)案
物理力的合成導學(xué)案
高一物理《力的合成》導學(xué)案
一、三維目標
1.知識與技能
�、耪莆樟Φ钠叫兴倪呅畏▌t；
�、瞥醪竭\用力的平行四邊形法則求解共點(diǎn)力的合力；
�、菚�(huì )用作圖法求解兩個(gè)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(guò)程與方法
�、拍軌蛲ㄟ^(guò)實(shí)驗演示歸納出互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力的合成遵循平行四邊形定則；
�、婆囵B學(xué)生動(dòng)手操作能力。
3．情感態(tài)度與價(jià)值觀(guān)
�、旁趯�(shí)驗的過(guò)程中，掌握正確的方法，結果要符合實(shí)驗數據；
�、婆囵B學(xué)生實(shí)事求是的求實(shí)精神；
�、桥囵B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(guò)實(shí)驗歸納出力的平行四邊形法則，這同時(shí)也是本章的重點(diǎn)。
2．難點(diǎn)：對物體進(jìn)行簡(jiǎn)單的受力分析、通過(guò)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(guò)實(shí)驗歸納出力的平行四邊形法則，這同時(shí)也是本章的重點(diǎn)．由于學(xué)生剛開(kāi)始接觸矢量的運算方法，在講解中需要從學(xué)生能夠感知和理解的日�，F象和規律出發(fā)，理解合力的概念，從實(shí)驗現象總結出力的合成規律，由于矢量的運算法則是矢量概念的核心內容，又是學(xué)習物理學(xué)的基礎，對于初上高中的學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一個(gè)大的飛躍，因此教學(xué)時(shí)，教師需要注意規范性，但是不必操之過(guò)急，通過(guò)一定數量的題目強化學(xué)生對平行四邊形定則的認識。
由于力的合成與分解的基礎首先是對物體進(jìn)行受力分析，在前面力的知識學(xué)習中，學(xué)生已經(jīng)對單個(gè)力的分析過(guò)程有了比較清晰的認識，在知識的整合過(guò)程中，教師可以通過(guò)練習做好規范演示。
2．關(guān)于作圖法求解幾個(gè)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(shí)，可以在復習力的圖示法基礎上，讓學(xué)生加深矢量概念的理解，同時(shí)掌握矢量的計算法則。
�、谱⒁鈭D示畫(huà)法的規范性，在本節可以配合學(xué)生自主實(shí)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(shí)需要強調不僅作用在物體的同一點(diǎn)的力是共點(diǎn)力，力的作用線(xiàn)相交于一點(diǎn)的也叫共點(diǎn)力。注意平行力于共點(diǎn)力的區分（關(guān)于平行力的合成請參考擴展資料中的“平行力的合成與分解”），教師講解示例中要避開(kāi)這例問(wèn)題。
四、教學(xué)工具
多媒體儀器（以視頻方式演示實(shí)驗等）教學(xué)設計過(guò)程：
五、教學(xué)過(guò)程
1．新課引入
由“曹沖稱(chēng)象”故事引入──等效替代思想
�、磐ㄟ^(guò)對初中學(xué)過(guò)的單個(gè)力產(chǎn)生的效果，與兩個(gè)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(shí)出示教學(xué)圖片，如：兩個(gè)人抬水、一根細線(xiàn)和兩根細線(xiàn)懸掛同一個(gè)物體。（圖片可以參見(jiàn)多媒體素材中的圖形圖像）
�、铺釂�(wèn)：已知同一個(gè)物體由一根細線(xiàn)懸掛或由兩根細線(xiàn)懸掛，其效果怎么樣？能否等效替代？（教師講解時(shí)注意強調：‘述力的時(shí)候，要同時(shí)說(shuō)明大小和方向，體現力的矢量性）
教師引導學(xué)生得到正確答案后，總結出“同一直線(xiàn)上二力合成”的規律：
物體受幾個(gè)力共同作用，我們可以用一個(gè)力代替這幾個(gè)力共同作用，其效果完全相同，這個(gè)力叫那幾個(gè)力的合力。已知幾個(gè)力，求它們的合力叫力的合成。
指明：
�。�1）同一直線(xiàn)上，方向相同的兩個(gè)力的合力大小等于這兩個(gè)力大小之和，方向跟這兩個(gè)力的方向相同。
�。�2）同一直線(xiàn)上，方向相反的兩個(gè)力的合力大小等于這兩個(gè)力大小之差，合力的方向跟較大的力方向相同。
�、翘釂�(wèn)、若兩個(gè)力不在同一直線(xiàn)上時(shí)，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(gè)學(xué)生抬水對比一個(gè)同學(xué)抬水，讓學(xué)生考慮：一個(gè)力的效果與兩個(gè)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(yíng)點(diǎn)，演示用兩個(gè)力F1、F2拉動(dòng)橡皮筋到O點(diǎn)，再演示用F力將橡皮筋拉到O點(diǎn)，對比兩次演示結果，運用力的圖示法將力的大小方向表示出來(lái)，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(shí)驗前，教師可以設計F1、F2的大小為3N和4N，兩個(gè)力的夾角為90度，這樣數學(xué)計算比較簡(jiǎn)單，學(xué)生很容易會(huì )發(fā)現F1、F2和F的關(guān)系滿(mǎn)足勾股定理，進(jìn)而得到力的平行四邊性定則，教師總結：兩個(gè)互成角度的力的合力，可以用表示這兩個(gè)力的線(xiàn)段作鄰邊，作平行四邊形，所夾的對角線(xiàn)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(shí)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(yíng)點(diǎn)，結點(diǎn)自然狀態(tài)在O點(diǎn)，結點(diǎn)上系著(zhù)細繩，細繩的另一端系著(zhù)繩套。
�。�3）用兩彈簧秤分別勾住繩索，互成角度地拉橡皮條，使結點(diǎn)到達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)沿兩條細紙的方向畫(huà)線(xiàn)，記下F1、F2的力的大小。
�。�4）放開(kāi)彈簧秤，使結點(diǎn)重新回到O點(diǎn)，再用一只彈簧秤，通過(guò)細繩把橡皮條的結點(diǎn)拉到O′，讀出彈簧秤的示數F，記下細繩的方向，按同一標度作出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，F幾乎是F1、F2為鄰邊的平行四邊形的對角線(xiàn)。
經(jīng)過(guò)前人們很多次的、精細的實(shí)驗，最后確認，對角線(xiàn)的長(cháng)度、方向、跟合力的大小、方向一致，即對角線(xiàn)與合力重合，也就是說(shuō)，對角線(xiàn)就表示F1、F2的合力。
�。�6）指導學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗
觀(guān)察學(xué)生實(shí)驗情況，數據處理，要求操作的規范，遵從實(shí)驗結果，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(shí)際合力對照，相距多遠，差距大不大。
總結：可見(jiàn)互成角度的兩個(gè)力的合成，不是簡(jiǎn)單的斤兩個(gè)力相加減，而是用表示兩個(gè)力的有向線(xiàn)段為鄰邊作平行四邊形，這兩鄰邊之間的對角線(xiàn)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(gè)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(shí)驗中，對角線(xiàn)與合力相距比較遠，那就找一找原因，是否有錯誤操作，即使操作完全正確，也會(huì )有實(shí)驗誤差，也不會(huì )完全重合。
這種情況很正常，一個(gè)規律的得出要很多人在很長(cháng)時(shí)間里，進(jìn)行許多此實(shí)驗才總結出來(lái)，并不是一次實(shí)驗就能得到。
�、七\用平行四邊形定則求互成角度的兩個(gè)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：選擇某一標度，利用0．5c的長(cháng)度表示15N的力，作出力的平行四邊形，用刻度尺量出對角線(xiàn)的長(cháng)度L，利用F＝15N× 即可求出。
教師要在黑板上板演示。
�。�1）鞏固訓練：（出示投影片）
兩個(gè)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(gè)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(huì )得到：先求出任意兩個(gè)力的合力，再求出這個(gè)合力跟第三個(gè)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?jì)闪εc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(wèn)，如果兩個(gè)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：1．兩個(gè)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：互成角度的兩個(gè)力的合力F與這兩個(gè)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(gè)平行四邊形的對角線(xiàn)就可以表示合力F的大小和方向。
改變兩個(gè)力的夾角重做這個(gè)實(shí)驗，可以看出，上述的用平行四邊形的對角線(xiàn)來(lái)表示它們的合力都是成立的。
兩個(gè)互成角度的力，它們的合力小于這兩個(gè)力之和，大于這兩個(gè)力之差。這兩個(gè)力的夾角減小時(shí)合力增大。當兩個(gè)力的夾角減小到0°時(shí)，兩個(gè)力變?yōu)橥粭l直線(xiàn)上同方向的，合力等于二力之和。這兩個(gè)力的夾角增大時(shí)，合力減小，夾角增大到180°時(shí)，這兩個(gè)力變?yōu)橥恢本�(xiàn)上，方向相反，合力等于二力之差。所以，上一節我們所學(xué)的同一直線(xiàn)上二力的合成問(wèn)題是今天所學(xué)的知識的特殊情況。
六、板書(shū)設計
第四節 力的合成
1．幾個(gè)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(gè)力的合力。
�。�3）共點(diǎn)力：作用在物體同一點(diǎn)或者作用線(xiàn)相交于同一點(diǎn)的幾個(gè)力
2．同一直線(xiàn)上力的合成
�。�1）兩個(gè)分力方向相同 F=F1+F2
�。�2）兩個(gè)分力方向相反 F =F2-F1
3．互成角度的力的合成
滿(mǎn)足平行四邊形定則
�。麱1－F2｜≤F合≤ F1＋F2
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