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2019-2020年高中物理 力的合成教案 教科版必修1 一、教學(xué)目標(biāo) 1．利用實驗歸納法，得出互成角度的兩個力的合成遵循平行四邊形定則，并能初步運用平行四邊形定則求合力。 2．培養(yǎng)動手操作能力、物理思維能力和科學(xué)態(tài)度。 二、重點與難點分析 通過探索性實驗，歸納出互成角度的兩個力的合成遵循平行四邊形定則。 三、教學(xué)器材 教師用器材：平行四邊形定則實驗器、鉤碼(12個)、細線若干、彈簧秤(3只)、橡皮筋(3條)、方木板(1塊)、平行四邊形定則演示器(2個)、投影(1套)、微機(1套)、三角板(2個)。 學(xué)生用器材30套，每套包括：方木板(1塊)、彈簧秤(2個)、橡皮筋(1條)、8開白紙(1張)、50cm細線(1根)、圖釘(1個)、有刻度的三角板(2個)、記號筆(1支)、大鐵夾(1個)。 四、主要教學(xué)過程 1．引入教學(xué) [復(fù)習(xí)與提問] 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。 提問：已知同一直線上的兩個力F1、F2的大小分別為2N、3N，如果F1、F2的方向相同，那以它們的合力大小是多少？合力沿什么方向？ 引導(dǎo)回答：5N，方向與F1、F2的方向相同。 進一步提問：如果F1、F2的方向相反，那么它們的合力大小是多少？合力沿什么方向？ (1N，方向與較大的那個力的方向相同。) (板書)同一直線上兩個力的合力，與兩個力的大小、方向兩個因素有關(guān)。并講述這就是初中所學(xué)的“同一直線上二力的合成?！? (投影1)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。 (演示1) 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1、圖2所示。 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：1．5 力的合成) [過渡]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？ 2．新課教學(xué) 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繩方向，即沿所標(biāo)明的虛線方向。 [講解彈簧秤的使用] 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)位置記下兩個彈簧秤的讀數(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)準長度(3cm長的線段表示1N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)準長度要一致。如圖所示，有向線段OA、OB、OC分別表示兩個分力及合力。 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)鄰近，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、精細的實驗，最后確認，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所示。 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？ 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，進行了許多次實驗，才能總結(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，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。 3．練習(xí)(略) 4．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θ，當(dāng)θ=0時，它們的合力等于多少？當(dāng)θ=180時，它們的合力又等于多少？ (2)對平行四邊形定則的認識，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、進行實驗、獲取數(shù)據(jù)、進行數(shù)據(jù)分析→多次實驗、歸納、總結(jié)→得出結(jié)論。 5．作業(yè) 如圖6所示，有12個質(zhì)量相同的鉤碼，如圖掛放。AO、OB的夾角為什么等于90？ 6．教學(xué)說明 《力的合成》這一節(jié)課，我們一改傳統(tǒng)教學(xué)中的“驗證性”實驗教學(xué)方式，采用“探索性”實驗教學(xué)。讓學(xué)生在自己原有“同一直線上兩個力的合成”的知識基礎(chǔ)上，通過“猜測、實驗、歸納、總結(jié)”的完整過程，自己得出“不在同一直線上的兩個力的合成”所遵循的“平行四邊形定則”。與此同時，為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì)，我們還提出了方法目標(biāo)和德育目標(biāo)。讓學(xué)生在建立“平行四邊形定則”的過程中，體會到“實驗歸納法”的一般原則。