高中物理4 力的合成和分解教学设计

力的合成

【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.掌握平行四边形定则，会用平行四边形定则求合力．

3.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．

4.知道合力的大小和分力夹角的关系．

过程与方法

1.通过学习合力和分力的概念，了解物理等效替代法思想．

2.通过实验探究方案的设计与实施，初步认识科学探究的意义和基本过程．

3.学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣．

情感态度与价值观

1.通过力的等效替代，领会科学探究中严谨、务实的精神和态度．

2.培养学生科学的研究问题的方法．

教学重点、难点：

教学重点

1.合力与分力的关系．

  2.平行四边形定则及应用．

教学难点

1.实验探究方案的设计与实施．

教学方法：

探究、讲授、讨论、观察、思考、归纳

【教学过程】

【新课导入】

【展示】

【设问】从物理学的角度说，二个人划桨产生的力太小不能开大船，只有很多人划桨产生的力合起来才能开动大船．如果知道每个人划桨的力，怎样求合起来的力呢?

【新课讲授】

    力的合成

一、力的合成

【演示】

【思考】仔细观察会发现，以上现象说明同样的问题?

【回答】两个小孩用两只手给水桶两个力，可以把水桶提起来，成人只用一只手一个力就同样也把水桶提起来，两个方向的两队人共同用力才能拉动石块，一头大象自己就可以拉动石块，可见用不同的方法达到了一个共同的目的．在这两个问题上，这一个力产生的作用效果和两个力的作用效果是相同的．

【提问】生活中还有哪些例子可以说明同样的问题?

【回答】狗拉雪橇在雪地上运动，打夯，抬重物和起重机相比较等等．

【提问】在这些例子中，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，这一个力与那几个力是什么关系?   

【回答】这一个力是那几个力的合力，那几个力是这一个力的分力．

【归纳】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．原来的那几个力叫做分力．

【提问】用自己的话总结一下什么是力的合成?

【总结】求几个力合力的过程叫做力的合成．

【思考与讨论】在图中假如这桶水的重量是200N，两个孩子的合力的大小一定也是200N．现在的问题是:如果两个孩子用力的大小分别是F1和F2 ，F1和F2两个数值相加正好等于200N吗？

【承接】下面我们设计一个实验来探究一下这个问题的答案．

【实验】 探究求合力的方法

【实验步骤】   

(1)器材的选取：如图所示的演示仪、弹簧测力计、挂有小圆环的橡皮筋、细绳、方木板、白纸、图钉、刻度尺、量角器．

(2)在桌上平放方木板，在方木板上铺上一张白纸，用图钉把白纸固定好．

(3)用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的G点(G点的位置应该靠近顶端中点)，下端小圆环到G点的长度为GE，圆环拴上两条细绳绳套．

(4)用弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，圆环由E点达到某一位置O.

(5)用铅笔记下O的位置和两条细绳的方向，分别读出两只弹簧测力计的示数(在同一条件下)．   

(6)用铅笔和三角板在白纸上从O点沿着两绳的方向画直线，按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示．

(7)只用一只弹簧测力计，通过细绳把圆环由E点拉到相同的位置O点，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F0的图示．

(8)相邻F1和F2箭头用虚线相连，构成一个由两个三角形组成的四边形．

(9)观察这个四边形的特点，F1和F2构成的四边形的对角线（合力）与F0作比较．

(10)改变弹簧测力计的方向和大小，重复上述实验．

(11)探究这三个力的大小及方向的关系．

【注意事项】①同一实验中的两只弹簧秤的选取方法是；将两只弹簧秤勾好后对拉，若两只弹簧秤在拉的过程中，读数相同，则可选，若不同，应另换，直至相同为止，使用时弹簧秤与板面平行。   

②在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差．   

③画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外．要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力．

④在同一次实验中，橡皮条拉长的结点O位置一定要相同．

⑤由作图法得到的F0和实际测量得到的F’，不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为F0和F’符合．

【总结】观察实验现象，读取实验数据并进行简单处理可知，一只弹簧秤的读数不等于两只弹簧秤的读数之和，而是比两只弹簧秤读数之和稍微小一些．按照算术法则，两只弹簧秤的读数之和应该等于一只弹簧秤的读数，可见力的合成并不是简单地相加减．

【提问】那么它们之间的关系到底是怎样的呢?

【回答】力的平行四边形定则

【讲授】两个力的合力时，以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．这个法则就叫做平行四边形定则．

【展示】平行四边形定则

【承接】利用实验探究出的结论，下面通过例题进一步加深对平行四边形定则的理解．

【例题】力F1＝45 N，方向水平向右，力F2＝60 N，方向竖直向上．求这两个力合力的大小和方向．

【分析与解】 ①选择标度，用8mm代表15 N．

    ②用三角板作出两个力的图示．表示F1的线段长24mm，表示F2的线段长,32mm

    ③作出和两个力大小相等的平行线，完成平行四边形．

    ④连接两力之间的对角线，即表示合力．

    ⑤用刻度尺量出对角线的长度40mm．

    ⑥通过比例关系求出合力的大小F=15 N×40 / 8 =75 N．

    ⑦用量角器量出合力F与分力F1之间的夹角530．

【承接】以上都是两个力的合成，如果是三个力或者三个以上的力的合成，应该怎样进行处理?

【讲授】先求出两个力的合力，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，最后得到的结果就是这些力的合力．

【思考与讨论】根据力的平行四边形定则作图．可以看出，两个力F1、F2 的合力F的大小和方向随着F1、F2的夹角而变化当夹角分别等于00和1800时，怎样确定合力F的大小与方向？

【点拨】根据力的平行四边形则作图，可以看出，力F1和F2的合力F的大小和方向随着F1和F2之间的夹角而变化。当夹角等于00时，力F1和F2在同一直线上且方向相同，F=F1＋F2，合力的大小于两个力的大小之和，合力的方向跟两个力的方向相同。当夹角等于1800时，力F1和F2在同一直线上但方向相反，F=F1－F2，合力的大小等于两个力的大小之差，合力的方向跟两个力中较大的那个力的方向相同。

【强调】两个力的合力的大小范围：大于等于二力之差，小于等于二力之和，即|F1-F2|≤F≤F1+F2。

两个大小一定的力F1、F2，当它们间的夹角由00增大到1800的过程中，夹角越大，合力就越小；合力可能大于某一分力，也可能小于某一分力。

二、共点力

【提问并展示】这两幅图中的力的作用点不同，如何区别他们？

【回答】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．

【强调】力的合成的平行四边形定则只适用于共点力．

【注释】作用在不同物体上的两个力不能进行力的合成，因为它们只能对各自的物体产生力的效果，而不能产生共同的作用效果．因此不能用一个力的作用效果代替它们分别产生的作用效果．所以，把作用在不同物体上的力来合成是没有意义的．只要作用在同一物体上的力，无论力的性质如何，都可以合成．

【课时小结】

这节课主要学习了力的合成，力的平行四边形定则，会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取值范围．以及共点力．

【布置作业】

课本P64   1,2,3,4.

【板书设计】

1.力的合成： 如果一个力的作用效果与另外几个力的共同作用效果相同，这个力称为另外几个力的合力 ．

2.平行四边形定则 ：以表示两个分力的线段为邻边作一个平行四边形，则这个平行四边形中表示两分力的线段所夹的对角线表示合力的大小和方向．

3.共点力：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．

【教学后记】