2021-2022学年高一上学期物理人教版必修1 3.4力的合成 教案
文档属性
| 名称 | 2021-2022学年高一上学期物理人教版必修1 3.4力的合成 教案 |  | |
| 格式 | docx | ||
| 文件大小 | 106.4KB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-12-10 12:29:21 | ||
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文档简介
授课时间： 年 月 日No
课题 §3.4力的合成 课型 新课
教学目标 知识与技能目标 1.理解合力、分力、力的合成的概念，体会等效替代的物理思想。 2.通过实验得出力的合成遵循的平行四边形定则。 3.会用力的合成的平行四边形定则求合力，知道合力和分力的关系。
能力与方法目标 1.树立等效观点，形成等效思想，这是非常重要的处理问题的思想。 2.培养学生的实验能力，理解问题的能力，应用数学知识解决物理问题的能力。 3.通过探究平行四边形定则，了解探究物理规律的基本过程，进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力。
情感态度 价值观目标 1.培养学生善于交流的合作精神，在交流合作中发展能力，并形成良好的学习习惯和学习方法。 2.通过力的等效替代，使学生领略跨学科知识结合的奇妙，同时领会科学探究中严谨、务实的精神和态度，培养学生的物理思维能力和科学研究的态度，激发学生探索与创新的意识。
教学重点 平行四边形定则的探究。 应用平行四边形求合力，解答相关问题。
教学难点 平行四边形定则的探究过程，合力与分力的关系。
教 法 讲授法、分析归纳法、探究方法。
教学过程 导入： 师：在打扫教室卫生的时候，我们看到两名同学可以提起一桶水，但是老师自己也可以提起一桶水，那么两名同学和老师对水桶施加的力的作用效果有怎样的关系呢？ 生：作用效果相同。 师：那么我们就可以说，老师和两名同学对水桶施加的力的共同作用可以等效替换。 其实我们早已用过“等效”思想，还记得“曹冲称象”的故事吗？ 为什么称出石头的重量就可以知道大象的重量呢？ 生：因为大象作用于船的压力与石头作用于船的压力所产生的作用效果是一样，也即是说它们是等效的。 一、合力和分力 师：我们常常看到像提水桶这样的生活实例，即一个力的作用效果与两个或更多的力的作用效果相同。我们可以知道，当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，这一个力就叫做那几个力的合力，那几个力也就是这一个力的分力。 二、力的合成 大家要注意，力的等效代替，不是物体又多受了一个合力。求几个力的合力的过程叫做力的合成。 下面我们来探究一下求几个力的合力的方法。如图所示，当把方向在同一直线上的两个力的进行合成时，合力大小怎么计算呢？ 生。分力同向相加，反向相减。 师：非常好。但是方向不在同一直线上的两个力的合成，就不能够简单地直接相加减了。老师为大家提供了橡皮条、细绳套、弹簧测力计，请大家思考以下几个问题，设计实验过程并进行实验。 ①实验的目的是什么？ ②实验中是怎样保证合力和分力的等效的？ ③力的大小是如何知道的？ ④力的方向如何确定？ （师生共同探讨确定实验方案） 1．实验目的 (1)验证两个力合成时的平行四边形定则。 (2)通过验证力的平行四边形定则，培养用图象法处理实验数据并得出结论。 2．实验原理 若某个力F′的作用效果与两个力F1、F2的共同作用效果都能使橡皮条伸长到同一点，则F′为F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F′、F，分析在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。即可验证平行四边形定则。 3．实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔。 4．实验步骤 (1)钉白纸：用图钉把白纸固定在水平桌面上的方木板上。 (2)拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 (3)两个力拉： ①通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点(如图所示)。 ②用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。 (4)一个力拉： ①只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O。 ②记下测力计的读数和细绳的方向。 (5)重复：改变F1和F2的夹角和大小，再做两次。 5．数据处理 (1)理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。 (2)测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示。 (3)相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等。 6．操作技巧及注意事项 (1)正确使用弹簧测力计 ①弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。 ②弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用。 ③使用前要检查指针是否在零刻度线上，否则应校正零位。 ④被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。 ⑤读数时应正对、平视刻度。 (2)实验注意事项 ①不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置。 ②互成角度两个力的合力的变化，看橡皮条结点O的位置变化，而在每次实验中橡皮条结点的位置一定不能改变。 ③经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般以不大于90°为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦。 ④拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。 ⑤作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。 师：我想同学们一定已经发现了规律。大家用虚线把合力的箭头分别与两个分力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接，就会发现求合力的平行四边形定则。有同学可以根据自己的理解，解释一下什么是平行四边形定则吗？ 生：当两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个临边之间的对角线就代表合力的大小和方向。这个法则叫做平行四边形定则。 师：非常好。以此为基础，我们求合力的时候，可以采取那些方法呢？首先，我们可以采用作图法。请同学们想一想，怎么通过作图法求合力呢？ 生： ①选取同一标度，用力的图示，从力的作用点起，分别作出两个分力F1、F2的图示； ②以表示F1、F2的线段为邻边作出平行四边形，从而得到两分力F1、F2所夹的平行四边形的对角线，即表示合力F； ③用刻度尺量出该对角线的长度，根据选取的标度计算合力的大小；再量出对角线与某一分力的夹角，表示合力的方向。 师：同学们总结的很准确。特别提醒大家，在用作图法求合力的过程中，有几个注意事项。： ①分力、合力的作用点相同，切忌弄错表示合力的对角线； ②分力、合力的比例要一致，力的标度要适当； ③虚线、实线要分清，表示分力和合力的两条邻边和对角线画实线，并加上箭头，平行四边形的另两条边画虚线； ④求合力时既要求出合力的大小，还要求出合力的方向，不要忘了用量角器量出合力与某一分力间的夹角． 师：此外，我们还可以用计算法求合力。首先根据平行四边形定则作出示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力。求合力有几种特殊情况。相互垂直的两个力的合成，如图所示。如何求合力呢？ 生：合力F＝，合力F与F1夹角正切值tanθ＝。 师：夹角为θ、大小相等的两个力的合成，如图所示。由几何知识可知图形为菱形，其对角线垂直平分，这时怎么求合力呢？ 生：合力F＝2F1cos，方向沿F1、F2的角平分线，与F1的夹角为。 师：夹角为120°的两个大小相等的力的合成，如图所示。由几何知识得，对角线将平行四边形分隔成两个等边三角形，此时合力是多少呢？ 生：合力与分力大小相等，方向沿F1、F2夹角的平分线。 师：从前面的分析过程中，我们发现: a.θ ＝0°时，即F1、F2 共线同方向：F合＝ F1 ＋ F2合力方向与两个力的方向相同； b.θ＝180°时，即F1 、 F2共线反方向：F合＝｜ F1 － F2 ｜合力方向与分力F1 、 F2中较大的方向相同； c.夹角θ越大，合力就越小： F合随F1 和F2 的夹角增大而减小 d.合力的取值范围：｜ F1 － F2 ｜≤F合≤ F1 ＋ F2 e.F合可能大于、等于、小于F1 、 F2。 师：从以上的分析，我们可以知道，合力和分力具有等效性、同体性和瞬时性。 等效性：合力的作用效果与分力的共同作用效果相同，它们在效果上可以相互替代。 同体性：各个分力是作用在同一物体上的，分力与合力为同一物体，作用在不同物体上的力不能求合力。 瞬时性：各个分力与合力具有瞬时对应关系，某个分力变化了，合力也同时发生变化。 师：我们已经知道如何求两个力的合力，若两个以上的力作用在一个物体上时，如何求合力？ 生：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。 师：很好。当分力的个数多于两个时，可先作出任意两个分力的合力，再将这个合力依次与其他分力合成，最终求出所有分力的合力。 三、共点力 如果一个物体受到两个或更多力的作用，有些情况下这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力。另一些情况下，这些力不但没有作用在同一点上，它们的延长线也不能交于一点，这一组力就不是共点力。 力的合成的平行四边形定则，只适用于共点力。 四、课堂小结 合力与分力的关系、平行四边形定则、合力和分力的关系、共点力。 五、课后作业 课后习题和练习册对应习题。
板书设计：
§3.4力的合成 一、合力和分力 “等效替代” （等效性、同体性、瞬时性） 二、力的合成 1.方向在同一直线上的两个力，分力同向相加，反向相减。 2.方向不在同一直线上的两个力的合成： 平行四边形定则——以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。 3. 合力与分力的大小关系： （1）合力大小范围︱F1 - F2︱≤F ≤ F1 + F2 合力可能大于、等于、小于任一分力 （2）在两个分力F1 、F2大小不变的情况下，两个分力的夹角越大，合力越小。 （3）合力不变的情况下，夹角越大，两个等值分力的大小越大。 三、共点力
讲后语： 平行四边形定则师适量运算的工具，所以本节课对于高中物理教学而言具有重要的地位。引入合力和分力的概念时，选用故事和生活中的日常现象进行描述，能够很好地让同学接受“等效替代”的思想，为了后面验证平行四边形定则做铺垫。同学对于应用平行四边形定则求合力的知识掌握较好，熟练掌握这一方法，可以在遇到求解多力合成的问题时，使问题大大简化，所以要加强这一方面的练习。
检查记录及评语
课题 §3.4力的合成 课型 新课
教学目标 知识与技能目标 1.理解合力、分力、力的合成的概念，体会等效替代的物理思想。 2.通过实验得出力的合成遵循的平行四边形定则。 3.会用力的合成的平行四边形定则求合力，知道合力和分力的关系。
能力与方法目标 1.树立等效观点，形成等效思想，这是非常重要的处理问题的思想。 2.培养学生的实验能力，理解问题的能力，应用数学知识解决物理问题的能力。 3.通过探究平行四边形定则，了解探究物理规律的基本过程，进行科学态度和科学方法教育，了解研究自然规律的科学方法，培养探求知识的能力。
情感态度 价值观目标 1.培养学生善于交流的合作精神，在交流合作中发展能力，并形成良好的学习习惯和学习方法。 2.通过力的等效替代，使学生领略跨学科知识结合的奇妙，同时领会科学探究中严谨、务实的精神和态度，培养学生的物理思维能力和科学研究的态度，激发学生探索与创新的意识。
教学重点 平行四边形定则的探究。 应用平行四边形求合力，解答相关问题。
教学难点 平行四边形定则的探究过程，合力与分力的关系。
教 法 讲授法、分析归纳法、探究方法。
教学过程 导入： 师：在打扫教室卫生的时候，我们看到两名同学可以提起一桶水，但是老师自己也可以提起一桶水，那么两名同学和老师对水桶施加的力的作用效果有怎样的关系呢？ 生：作用效果相同。 师：那么我们就可以说，老师和两名同学对水桶施加的力的共同作用可以等效替换。 其实我们早已用过“等效”思想，还记得“曹冲称象”的故事吗？ 为什么称出石头的重量就可以知道大象的重量呢？ 生：因为大象作用于船的压力与石头作用于船的压力所产生的作用效果是一样，也即是说它们是等效的。 一、合力和分力 师：我们常常看到像提水桶这样的生活实例，即一个力的作用效果与两个或更多的力的作用效果相同。我们可以知道，当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，这一个力就叫做那几个力的合力，那几个力也就是这一个力的分力。 二、力的合成 大家要注意，力的等效代替，不是物体又多受了一个合力。求几个力的合力的过程叫做力的合成。 下面我们来探究一下求几个力的合力的方法。如图所示，当把方向在同一直线上的两个力的进行合成时，合力大小怎么计算呢？ 生。分力同向相加，反向相减。 师：非常好。但是方向不在同一直线上的两个力的合成，就不能够简单地直接相加减了。老师为大家提供了橡皮条、细绳套、弹簧测力计，请大家思考以下几个问题，设计实验过程并进行实验。 ①实验的目的是什么？ ②实验中是怎样保证合力和分力的等效的？ ③力的大小是如何知道的？ ④力的方向如何确定？ （师生共同探讨确定实验方案） 1．实验目的 (1)验证两个力合成时的平行四边形定则。 (2)通过验证力的平行四边形定则，培养用图象法处理实验数据并得出结论。 2．实验原理 若某个力F′的作用效果与两个力F1、F2的共同作用效果都能使橡皮条伸长到同一点，则F′为F1和F2的合力，作出F′的图示，再根据平行四边形定则作出F1和F2的合力F的图示，比较F′、F，分析在实验误差允许的范围内是否大小相等、方向相同。即可验证平行四边形定则。 3．实验器材 方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套(两个)、三角板、刻度尺、图钉(若干)、铅笔。 4．实验步骤 (1)钉白纸：用图钉把白纸固定在水平桌面上的方木板上。 (2)拴绳套：用图钉把橡皮条的一端固定在板上的A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套。 (3)两个力拉： ①通过细绳用两个弹簧秤互成角度拉橡皮条，橡皮条伸长，使结点伸长到O点(如图所示)。 ②用铅笔记下O点的位置，画下两条细绳的方向，并记下两个测力计的读数。 (4)一个力拉： ①只用一个测力计，通过细绳把橡皮条上的结点拉到同样的位置O。 ②记下测力计的读数和细绳的方向。 (5)重复：改变F1和F2的夹角和大小，再做两次。 5．数据处理 (1)理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。 (2)测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′的图示。 (3)相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等。 6．操作技巧及注意事项 (1)正确使用弹簧测力计 ①弹簧测力计的选取方法：将两只弹簧测力计调零后互钩水平对拉，若两只弹簧测力计在对拉过程中，读数相同，则可选；若读数不同，应另换，直至相同为止。 ②弹簧测力计不能在超出它的测量范围的情况下使用。 ③使用前要检查指针是否在零刻度线上，否则应校正零位。 ④被测力的方向应与弹簧测力计轴线方向一致，拉动时弹簧不可与外壳相碰或摩擦。 ⑤读数时应正对、平视刻度。 (2)实验注意事项 ①不要直接以橡皮条端点为结点，可拴一短细绳连两细绳套，以三绳交点为结点，应使结点小些，以便准确地记录结点O的位置。 ②互成角度两个力的合力的变化，看橡皮条结点O的位置变化，而在每次实验中橡皮条结点的位置一定不能改变。 ③经验得知两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差也越大，所以实验中不要把θ角取得太大，一般以不大于90°为最佳。橡皮条、细绳、测力计应在同一平面内，测力计的挂钩应避免与纸面摩擦。 ④拉橡皮条的细线要长些，标记每条细线方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些。 ⑤作图要用尖铅笔，图的比例要尽量大些，要用严格的几何方法作出平行四边形，图旁要画出表示力的比例线段，且注明每个力的大小和方向。 师：我想同学们一定已经发现了规律。大家用虚线把合力的箭头分别与两个分力的箭头端分别与两个分力的箭头端连接，就会发现求合力的平行四边形定则。有同学可以根据自己的理解，解释一下什么是平行四边形定则吗？ 生：当两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个临边之间的对角线就代表合力的大小和方向。这个法则叫做平行四边形定则。 师：非常好。以此为基础，我们求合力的时候，可以采取那些方法呢？首先，我们可以采用作图法。请同学们想一想，怎么通过作图法求合力呢？ 生： ①选取同一标度，用力的图示，从力的作用点起，分别作出两个分力F1、F2的图示； ②以表示F1、F2的线段为邻边作出平行四边形，从而得到两分力F1、F2所夹的平行四边形的对角线，即表示合力F； ③用刻度尺量出该对角线的长度，根据选取的标度计算合力的大小；再量出对角线与某一分力的夹角，表示合力的方向。 师：同学们总结的很准确。特别提醒大家，在用作图法求合力的过程中，有几个注意事项。： ①分力、合力的作用点相同，切忌弄错表示合力的对角线； ②分力、合力的比例要一致，力的标度要适当； ③虚线、实线要分清，表示分力和合力的两条邻边和对角线画实线，并加上箭头，平行四边形的另两条边画虚线； ④求合力时既要求出合力的大小，还要求出合力的方向，不要忘了用量角器量出合力与某一分力间的夹角． 师：此外，我们还可以用计算法求合力。首先根据平行四边形定则作出示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力。求合力有几种特殊情况。相互垂直的两个力的合成，如图所示。如何求合力呢？ 生：合力F＝，合力F与F1夹角正切值tanθ＝。 师：夹角为θ、大小相等的两个力的合成，如图所示。由几何知识可知图形为菱形，其对角线垂直平分，这时怎么求合力呢？ 生：合力F＝2F1cos，方向沿F1、F2的角平分线，与F1的夹角为。 师：夹角为120°的两个大小相等的力的合成，如图所示。由几何知识得，对角线将平行四边形分隔成两个等边三角形，此时合力是多少呢？ 生：合力与分力大小相等，方向沿F1、F2夹角的平分线。 师：从前面的分析过程中，我们发现: a.θ ＝0°时，即F1、F2 共线同方向：F合＝ F1 ＋ F2合力方向与两个力的方向相同； b.θ＝180°时，即F1 、 F2共线反方向：F合＝｜ F1 － F2 ｜合力方向与分力F1 、 F2中较大的方向相同； c.夹角θ越大，合力就越小： F合随F1 和F2 的夹角增大而减小 d.合力的取值范围：｜ F1 － F2 ｜≤F合≤ F1 ＋ F2 e.F合可能大于、等于、小于F1 、 F2。 师：从以上的分析，我们可以知道，合力和分力具有等效性、同体性和瞬时性。 等效性：合力的作用效果与分力的共同作用效果相同，它们在效果上可以相互替代。 同体性：各个分力是作用在同一物体上的，分力与合力为同一物体，作用在不同物体上的力不能求合力。 瞬时性：各个分力与合力具有瞬时对应关系，某个分力变化了，合力也同时发生变化。 师：我们已经知道如何求两个力的合力，若两个以上的力作用在一个物体上时，如何求合力？ 生：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。 师：很好。当分力的个数多于两个时，可先作出任意两个分力的合力，再将这个合力依次与其他分力合成，最终求出所有分力的合力。 三、共点力 如果一个物体受到两个或更多力的作用，有些情况下这些力共同作用在同一点上，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫做共点力。另一些情况下，这些力不但没有作用在同一点上，它们的延长线也不能交于一点，这一组力就不是共点力。 力的合成的平行四边形定则，只适用于共点力。 四、课堂小结 合力与分力的关系、平行四边形定则、合力和分力的关系、共点力。 五、课后作业 课后习题和练习册对应习题。
板书设计：
§3.4力的合成 一、合力和分力 “等效替代” （等效性、同体性、瞬时性） 二、力的合成 1.方向在同一直线上的两个力，分力同向相加，反向相减。 2.方向不在同一直线上的两个力的合成： 平行四边形定则——以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。 3. 合力与分力的大小关系： （1）合力大小范围︱F1 - F2︱≤F ≤ F1 + F2 合力可能大于、等于、小于任一分力 （2）在两个分力F1 、F2大小不变的情况下，两个分力的夹角越大，合力越小。 （3）合力不变的情况下，夹角越大，两个等值分力的大小越大。 三、共点力
讲后语： 平行四边形定则师适量运算的工具，所以本节课对于高中物理教学而言具有重要的地位。引入合力和分力的概念时，选用故事和生活中的日常现象进行描述，能够很好地让同学接受“等效替代”的思想，为了后面验证平行四边形定则做铺垫。同学对于应用平行四边形定则求合力的知识掌握较好，熟练掌握这一方法，可以在遇到求解多力合成的问题时，使问题大大简化，所以要加强这一方面的练习。
检查记录及评语