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2019-2020年高中物理 34《力的合成》教學設計 新人教版必修1 【教學目標】： 1． 從力作用的等效性來理解合力和分力的概念，體會等效替代的思想。 2． 通過實驗探究求合力的方法，得到力的平行四邊形定則，并了解這是矢量運算的普遍規(guī)則。 3．會用作圖法和直角三角形的知識求共點力的合力；了解合力的大小與分力夾角的關系。 4．能應用力的合成分析日常生活中的有關問題。 【教學重點】 1．從力的作用效果相同來理解合力與分力的概念 2．設計實驗，探究求合力的方法 3．平行四邊形法則的理解及應用 【教學難點】 實驗探究方案的設計和實施，實驗結論的得出 【教學流程】 創(chuàng)設情境，提出合力與分力概念——給出問題情境，激發(fā)思考合力與分力關系——設計探究求合力的實驗方案——分組實驗——學生討論，得出結論——練習與拓展（例題、合力大小與角度關系、多力合成） 【教學過程】 一、創(chuàng)設情境，提出合力分力的概念 1．出示卡通畫，介紹共點力概念 在大多數實際問題中，物體同時受到幾個力，引入共點力和非共點力概念，分別給出共點力和非共點力的圖片示例。在研究中如果使用質點模型，則受力均可以作為共點力處理。 本節(jié)課研究物體受共點力的情況。 出示卡通畫： 小車均勻速向前運動，一頭牛拉車的效果與三位同學拉車的效果相同。 2．學生小實驗 一個力氣大的男生在講臺上提起一桶水，使水桶保持靜止；另外兩位同學一起提起這桶水并使之保持靜止。分析在兩種情況下這桶水的受力情況，并畫出示意圖。提問：可以發(fā)現各個力之間有什么關系？ 學生討論得到：F單獨作用和F1、F2共同作用的力的效果相同。 3．引出等效替代關系，提出合力、分力概念 從前面兩個情境出發(fā)，抓住共同點：一個力單獨作用時可以和多個力一起作用時產生相同的作用效果。自然地引出等效替代的關系，并從力的角度分析，得到合力、分力的概念。 用問題引導學生討論合力、分力的概念： 談合力、分力的出發(fā)點在于什么？ （力的作用效果相同，可以用一個合力去替代幾個分力的作用） 合力與幾個分力同時存在嗎？ （不是，合力只是幾個分力的等效替代，并不是物體又多受到了一個力） 二、探究求合力的方法 1．情境討論，激發(fā)認知沖突 提問：前面三位同學拉車的情境中，如果三位同學水平向右的拉力分別為F1、F2、F3，那么這三個力的合力是多少呢？方向是怎么樣的呢？ （學生利用以前所學的知識，可以得到合力F=F1+F2+F3，方向與三個拉力方向相同） 提問：把所有的分力相加就得到合力的大小，這個方法就是求合力的方法嗎？請學生討論。 （有學生提出異議，以前學過，兩個力方向相反時，合力應該是兩個力相減，方向與較大的力方向相同） 提問：求合力就是把分力相加或者相減嗎？ 實驗：兩個彈簧秤互成一定角度，提起幾個鉤碼保持靜止，分別讀出彈簧秤示數。用一個彈簧秤提起同樣的鉤碼保持靜止，讀出彈簧秤示數。 提問：兩個分力大小與合力既不滿足相加關系，也不滿足相減關系。如果給定兩個分力，到底應該怎么去求這兩個力的合力呢？ 2．設計探究實驗 提出任務：探究合力與分力之間到底有什么樣的關系。介紹可用的實驗器材：木板、白紙、彈簧秤（2個）、橡皮條、細繩、刻度尺、圖釘、三角板。 問題討論，引導實驗設計： ①根據器材，可以用什么方法來得到分力，以及兩個分力的合力？ （兩個彈簧秤拉橡皮條和一個彈簧秤拉橡皮條，使作用效果相同） ②怎么樣保證分力的作用效果與合力的作用效果相同？ （把橡皮條一端固定，保證另一端與繩子的節(jié)點拉到相同的位置） ③需要記錄哪些數據？怎么樣來記錄？ （橡皮條節(jié)點的位置，合力和分力的大小。引導討論是否需要記錄力的方向。討論文字記錄的不足，引導思考怎樣更好地同時記錄描述力的大小和方向？力的圖示。） 請各小組學生再整理探究實驗的方案，確定明白實驗的目的、過程、操作。 3．小組實驗，記錄實驗結果 各小組根據自行整理好的方案進行實驗，并用力的圖示記錄實驗結果。教師巡視，觀察各小組實驗進行情況，進行適當指導。 4． 思考討論，得出實驗結論 觀察實驗得到的F及F1、F2的大小和方向，猜想F1、F2和F之間有什么樣的關系。引導學生適當地添加輔助線，研究幾何關系。 （學生得出，連接分力和合力的末端，得到的幾何圖形大致是一個平行四邊形） 兩個分力為平行四邊形的一對鄰邊，合力為此對鄰邊所夾的對角線。 各個小組實驗時，力的大小和方向都各不相同，都能大致得到這樣一個結論，說明有一定的普遍性。請各小組再次實驗，改變力的大小、方向，看是否滿足同樣的結論。 演示實驗，特殊角度特殊值驗證（即大綱版教材中本節(jié)的演示實驗）。橡皮條一端固定，另一端與繩系為節(jié)點。兩分力互成90度，分別由三個鉤碼、四個鉤碼的重力提供。合力沿橡皮條拉伸方向，由5個鉤碼的重力提供。 三、平行四邊形定則 兩個共點力合成時，遵循平行四邊形法則：以表示這兩個力的線段為鄰邊作平行四邊形，兩鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向。 討論：為什么力的合成（兩個力相加）不是簡單的加減，而是滿足平行四邊形法則呢？ （力是既有大小，又有方向的矢量，相加時既要考慮大小又要考慮方向，所以滿足的法則必須是大小和方向同時考慮的。） 思考：對于有大小有方向的矢量相加，是否都不能簡單地加減呢？ 平行四邊形定則適用于所有矢量的合成。 四、練習與拓展 1．利用平行四邊形定則求合力 通過實驗，可以發(fā)現一種直觀的求兩個分力的合力的方法——作圖法。請學生描述，用作圖法求合力的步驟?？唇炭茣}，規(guī)范作圖法的方法步驟，強調不能遺漏合力的方向。 如果兩個分力夾角為90度，那么此時力所成平行四邊形為矩形，可以應用直角三角形的知識來計算合力的大小方向。再看教科書例題，請學生計算得到合力大小方向。 2．合力與兩分力夾角的關系 提問：從平行四邊形法則可以知道，合力的大小和方向隨著F1、F2的夾角而變化。這個變化有什么樣的規(guī)律？ （學生畫圖思考，討論） 用幾何畫板制作的課件演示，合力隨分力夾角的變化而變化。請學生根據演示總結出規(guī)律。 （夾角為0度時，合力最大；夾角為180度時，合力最??；成其它角度時，大小介于二者之間） 3．兩個以上力的合成 提問：通過平行四邊形法則知道兩個力合成的方法，那如果有三個或者更多的力呢，應該如何合成？ 學生思考討論，得到利用平行四邊形法則的多力合成方法。 總結多力合成方法，并告知下節(jié)課會進一步學習更簡單的多力合成方法。