3.5 力的分解-教案

3.5 力的分解
【教材分析】
力的分解和力的合成均是矢量运算的工具，是高中物理的基石，是第三章相互作用的难点之一。本节内容从拖拉机拉着耙的生活实例入手，引入力的分解的概念，介绍力的分解同样遵循平行四边形定则。与力的合成相比，力的分解难点是一个确定的力可以对应无数对分解的方法，力的分解具有多样性，但在某些限制条件和要求下分解一个力时确是唯一的，教材中指出一个已知力要根据实际情况（或实际作用效果）分解时就有唯一结果。
学情分析
学生通过前面知识的学习，已掌握了合力与分力的等效替代的方法，并通过里的图示法认识了力的平行四边形定则，为本节课的学习奠定了基础。
【教学目标】
知识与技能
⑴ 理解力的分解的概念，领会力的分解是力的合成的逆运算。认识对力分解时，条件限制的必要性。
⑵ 初步掌握由力的作用效果确定分力的方法，并能运用力的分解知识解决实际问题。
过程与方法
⑴ 通过对力的具体作用效果的研究，领略等效替代的思想。
⑵ 经历对具体力的分解过程，学会按作用效果分解力的操作方法。
情感态度与价值观
能主动运用力的分解的知识解释有关的生活现象
【教学重点】
探究力的分解的依据，利用平行四边形定则进行力的分解。
【教学难点】
力的作用效果的确定
【教学用具】
钢尺、支架、细绳、电子台秤、长绳、滑块、多媒体课件等。
【板书设计】
3.5 力的分解
1、定义：求一个力的分力的过程
2、遵循规律：平行四边形定则
3、分解依据：力的作用效果
4、分解步骤：
【设计思想】
1、力的分解是力的合成的逆运算，遵循平行四边形定则。就定则而言，一个力的分解有无数个解，教材通过实例来说明力的分解的依据及如何根据力的实际效果来确定两分力的方向，并用于解释日常生活中的有关现象，渗透了物理中的等效替代思想和研究方法的教育。学生通过力的合成的学习，已基本明确了力的特征和力矢量的平行四边形定则，知道合力和分力的概念、等效与替代的思想。比较容易接受力的分解的含义和遵循的规律，但对力按效果分解的方法较难理解。这节课在设计中增加了多处学生参与的活动，通过亲身感受力的作用效果，增进学生对力按效果分解方法的理解，激发学生的学习兴趣，培养学生动手操作和分析实际问题的能力。
2、体现“从生活走向物理，从物理走向社会”的理念。充分发挥多媒体的作用，通过展示、分析日常生活中应用力的分解的现象，由生活实例引出问题，在通过相应的实验，让学生获得丰富的感性认识，激起学生的认知冲突，给学生发现问题和提出质疑的机会，感受物理与日常生活的密切联系，从而培养学生观察生活现象的习惯，用物理语言解释生活现象，提高学生提出问题、建立物理模型、解决实际问题的能力。
3、本节课的教学中，设计了探究性实验，通过知识的应用激发学生的探究意识，搭建促进学生学习方式转变、为学生提供自主合作探究学习的空间的平台，让学生有更深刻的感受，其目的在于体现新课改的理念，达成三维目标的有机整合。
【教学过程】
㈠ 情景引入
[教师引导] 上课之前呢，咱们先组织一个小型的拔河比赛。请班上两位力气最大的同学上来拉住绳子的两端，模拟拔河比赛时相持不下的场面。老师用两根手指在绳子的中间用力一拉，两位大个子的同学被拉动了。（奖品）
[过渡引言]老师的两根手指拉动了两个人，真是四两拨千斤啊，这事怎么回事呢？学习了力的分解这节课后大家就能很好地解释这个现象了。（板书：3.5 力的分解）
㈡ 理论分析
前面咱们已经学习了力的合成，知道求几个力的合力叫做力的合成，那么既然可以用一个力代替多个力，反过来用多个力代替一个力是不是也应当是可以的呢？
我们把求一个力的分力的过程叫做力的分解。
（板书：1、定义：求一个力的分力的过程）
因为分力的合力就是原来被分解的那个力，所以力的分解是力的合成的逆运算，同样遵循平行四边形定则。
（板书：2、遵循规律：平行四边形定则）
我们知道不论多少个共点力都可以用一个合力来等效替代，换句话说也就是：力的合成是唯一的。那么力的分解是否也是唯一的呢？
如图所示，已知力F，若要求把力F分解，
你能分解几组分力？从中你得到什么启示？
展示学生结果，对学生所做的平行四边形进行评价。
结论：从平四边形定则来看，各种分解结果都没有错，
因为对角线已知，平行四边形可做无数个。由此可见，力
的合成是唯一的，但力的分解却不是唯一的。如果不加限
制条件，一个力可分解为无数组大小不等、方向不同的分
力。这样的分解时毫无目的，没有意义的。要使一个力的
分解有意义，就必须有一定的条件限制。
[教师过渡] 那么，在实际问题中按什么原则进行力的分解呢？ F
[展示情景] 拖拉机拉耙 、 人拉箱子前进 θ
[建立模型] 已知放在水平面上的物体，受到与水平方向
成θ角的拉力F的作用。拉力F如何分解？
[演示实验] 用电子台秤演示斜拉力效果，用斜向上的力拉着重物沿平板台秤运动，让学生观察平板台秤示数如何变化。
[问题] 同学们观察到了哪些现象？这说明了什么？（木块运动、示数减小）
[教师引导学生] 可以看出斜向上的拉力F产生了两个作用效果，：水平向前拉物体，竖直向上提物体。相当于一个向前的力F1及一个向上的力 F2产生的效果。 我们可用两个力 F1 、F2来等效替代者一个拉力F，这两个力就是F的两分力。
那么，F1 、F2这两个分力是不是实际存在的力呢？
如果真实存在的话，能找到这两个力的施力物体吗？
可见，在考虑F的作用效果时就不能再考虑F1 、F2的作用效果，反之依然。
在实际问题中，力产生的作用效果往往是确定的，通过分析可以找出其作用效果，从而确定两分力的方向，再来进行分解，就可以得到唯一确定的解。
书：3、分解依据：力的作用效果）
[过渡引言] 按力的作用效果分解力的关键是要确定一个力产生的实际效果。那么，如何确定一个力产生的实际效果呢？
㈢ 实例分析 （板书）
展示： 人骑自行车上下坡 水滑梯
探究：它们都有一个斜面，那么放在斜面上的物体受到的重力可以产生什么样的作用效果呢？
学生活动：教师指导学生分析。用手做一斜面，放一本书，感受斜面上物体受到的重力有使物体沿斜面下滑和使物体紧压斜面的效果。
分组实验：先看我们的分组实验应该完成的问题
⑴ 观察物体放在倾斜的钢尺上，钢尺和弹簧有什么样的变化
结合实验现象分析，斜面上的物体的重力有什么样的作用效果？
按照作用效果，重力应该如何分解呢？
⑵ 增大斜面的倾角，观察钢尺和弹簧的形变发生了什么样的变化？
这说明重力的两个分力大小如何变化呢？
学生活动：先来分析一下第一组问题
小车的重力在斜面上产生了两种效果：一是使物体沿斜面下滑，二是使物体压紧斜面。
根据合力和分力的等效替代关系，重力G可以用两个分力F1 、F2来代替。
结合大家的分析：① 你能画出这两个分力吗？试一试
②若这个斜面的倾角为θ，你能计算出这两个分力的大小吗？
③根据计算结果，你能解释第二组实验中的实验现象吗？
学生活动：学生独立推导，交流总结：F1=G·sinθ F2=G·cosθ
随着倾角θ的增大，sinθ变大，cosθ变小，G·sinθ变大，G·cosθ变小。
所以弹簧变长，钢尺弯曲程度变小。
教师活动：通过实验得到的结论，可以用理论很好的来解释。我想大家一定能够解释生活中的一些现象。
展示：盘山公路（为什么不沿着直线从山脚一直修到山顶呢？），引桥很长的公路大桥
学生讨论分析原因
（四）小结:师生共同小结一下力的分解的步骤
1、力的作用效果。
2、根据力的作用效果确定分力的方向。
3、根据已知力和两个分力方向作平行四边形进行分解。
4、根据平行四边形确定分力的大小和方向。
（五）、知识运用（板书）
教师过渡：我们已经总结出了对一个已知力如何分解的方法，我们再来探究一种新的情景
知识运用：分解支架受到的拉力
先让学生思考：作用在三角支架上的力F的作用效果怎样？如何分解？
引导学生谈谈自己的观点，然后通过实验验证。
学生活动模拟：两名学生一组，一名学生一手叉腰，保持小臂水平，
另一名学生在他手肘上施加向下的拉力。之后二人互换，体会上臂
和小臂上感觉。
分组实验：体验支架受力。指导学生操作，并巡视学生帮助学生一起完成。全部完成后让学生一起举起手来，分析感受拉力F的效果。
教师活动：同学经过亲身体会，讨论以下问题：
中指和掌心有什么感觉？
这种感觉说明筷子末端挂钩码后产生的拉力作用效果怎样？
若用两个力来代替悬挂钩码后产生的拉力，这两个力的方向怎样？
学生活动：学生亲自动手，亲身体会，讨论问题结论：
中指被拉伸的感觉，掌心有被刺痛的感觉。
一个是拉伸细线，一个是压紧筷子。
一个沿细线方向向外，一个沿筷子向里。
教师活动：所以，悬挂钩码后产生的拉力可以分解成一个沿细线方向向外的拉力，一个沿铅笔向里的压力。
让学生进行拉力F的分解，巡视指导。大多数完成后，再请大家把这两个力求出来，找出做好的图用摄像头展示一下并表扬学生。
合力和分力大小关系
展示两个小孩提水的情景。用橡皮筋拉钩码来演示，
发现角度越大，橡皮筋越长，说明费力。从力的作
图这个来看一下
解释现象：有了这个知识储备，大家能不能解释为什么老师从绳子中间拉两位大个子男生时更容易把他们拉动呢？
原因：合力一定，两等大分力随它们之间的夹角增大而增大。
结论：中间拉绳可以使绳子产生比拉力F大得多的力，实现四两拨千斤的现象。
（六）归纳总结
师生共同归纳力的分解的概念、含义、遵循规律、分解的依据及作图求解的思路，指出根据效果分解能定量说明力的作用效果，用于指导生活实践。物理是来源于生活，服务于生活的。
【教学说明】
按效果分解不是力的分解的唯一方法，本节课把力的分解的知识目标定位为一种等效替代的力的计算方法。要求学生会用平行四边形定则，求解有确定解的两个分力。不要求学生把力的分解在本节课中直接用于求解物体的受力，而是突出力的分解的等效替代的思想。而将其他的分解方法留待以后再进行探究。
F1
F2
F3
F4
F5
F
F6
O
数学计算得出结论
知识运用
建立模型
分析效果
（分力方向）
建立模型
实际
问题
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