鲁科版（2019）必修第一册4.1科学探究：力的合成（1）教案

第四章　力与平衡
第1节　科学探究：力的合成
“力的合成”是在学习了重力、弹力、摩擦力以及初步学习了受力分析，熟练掌握力的图示后的一节。力的合成是解决矢量运算的基础，是解决力学问题的一个重要工具，为以后理解运动的合成、场的叠加等奠定了基础。
【物理观念】能进行力的合成，能利用平行四边形和三角形定则解决矢量运算问题；会用作图法和直角三角形知识求共点力的合力。
【科学思维】能体会力的等效替代方法。
【科学探究】能完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验能观察实验现象，发现并提出物理问题；能通过图形分析，寻找规律。
【科学态度与责任】通过对力的合成规律的探究，能体会物理学研究中科学假设的重要性。
【教学重点】能从力作用的等效性来理解合力、分立的概念；通过实验探究合力与分力的大小和方向所遵循的规律。
【教学难点】实验方案的设计与实施；会用作图法和计算法求合力。
【导入新课】
“提水桶”实验引入，引出本节主题。
【新课讲授】
1、力的合成定义
两人提水桶----两个力 一人提水桶-----一个力
力的合成：一个力产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，就把这个力F称为那几个力的合力，那几个力则称为个力F的分力。
2、共点力与非共点力
思考：这两幅图片中，水桶与广告牌受力有什么特点？
这个力同时作用在物体上的同一点，或它们的作用线相交于同一点------共点力。
思考：观察扁担受到的这几个力有什么特点？
这个力的作用线平行，不相交-----非共点力。
3、共点力的合成
【问题引入】
假如这桶水的重力是200N，两个人合力的大小一定也是200N。
思考：如果两个人用力的大小分别为F1，F2 ，那么F1和F2两个数值相加正好等于200N么？
思考、讨论：一个合力与两个或者更多个具有相同效果的分力，它们大小有何关系呢？
（1）回顾：同一直线上力的合成
夹角=00 ，F与F1和F2同向
F=F1+F2
eq \o\ac(○,1)夹角=00 ，F与F1和F2同向
F=|F1-F2|
4、探究两个互成角度的力的合成规律
思考：互成角度的两个共点力合成时遵循什么规律？
【实验器材】方木板、白纸、弹簧秤（两个）、橡皮条、细绳、三角板、图钉
【设计实验】 思考以下三个问题：
怎样选择研究对象？
怎样保证两个分力的作用效果与一个合力的作用效果相同？
怎样准确记录一个力？
【进行实验】
用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋的结点伸长到某一位置Ｏ,记录结点Ｏ的位置、两细绳的方向、两弹簧秤的示数F1 、F2 。
只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮筋的结点拉长到同一位置Ｏ，记录细绳的方向、弹簧秤的示数F 。
选定一个合适的标度,用力的图示法画出F1、F2和F的图示。
注意：a.拉力不宜过小,两分力夹角稍大点,方便作图。b. 实验时测力计、橡皮条、细绳应与纸面平行。c.读数时眼睛应平视弹簧测力计。
【数据处理】
猜想：根据做出的F1、F2和F图示，猜想合力与分力可能满足怎样的图形关系？
如何验证你的猜想？
方法：以两分力为邻边做出平行四边形，画出2分力之间的对角线，看对角线与合力F能否重合。
【得出结论】
以表示互成角度的两共点力的有向线段为邻边作平行四边形，则两邻边间的对角线所对应的这条有向线段就表示这两个共点力的合力的大小和方向------平行四边形定则。
注意：作图时，力用实线表示；辅助线用虚线表示。
拓展思考：速度、加速度等矢量相加时遵循什么运算法则？
所有矢量的合成都遵守平行四边形定则
延伸思考：如何求两个以上力的合成？
用平行四边形定则先求出其中两个力的合力，然后用平行四边形定则再求这个合力与第三个力合成。直到把所有外力都合成为止，最后得到这些力的合力。
结论：多个力的合成──两两逐步合成
【随堂练习】两个共点力F1、F2大小不变,请画出3种情形下的合力，比较3个合力的大小？
以该练习引出“猜想:两分力大小不变时，合力随夹角的增大如何变化？”
观看演示动画，得出结论。
两个共点力F1、F2大小不变
1. 改变两个力之间的夹角,合力F如何变化？
夹角θ越大，合力越小; θ越小，合力越大
2. F1、F2的合力F什么时候最大 什么时候最小 求合力的范围？
θ＝0°时，F1、F2同向： Fmax＝F1＋F2
θ＝180°时，F1、F2反向： Fmin＝｜F1－F2｜
合力取值范围︱F1 - F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2
3.合力一定比分力大吗？
合力可能大于、等于、小于任一分力
5、求合力的方法
例题 F1、F2是共点力，F1=90N,F2=120N, F1与F2夹角900 ，试用计算法求合力的大小和方向？
【作图法】作出力的合成图示，由直尺和量角器量出合力的大小和方向
解：选标度,做力F1、F2的图示,以两力为邻边作平行四边形,如图所示。
用直尺测量，合力的大小为150N；用量角器量得合力F与F1 的夹角为53°。
作图时注意：合力、分力标度相同且共点，实线、虚线要分清
【计算法】作出力的平行四边形，根据几何知识算出F大小和方向
解：由几何知识得
设F与F1夹角为
6、课堂小结