5.2 力的分解 教案 (5)

5.2
力的分解
教案
一、教学内容分析
本节是司南版普通高中课程标准实验教科书《物理1》（必修）第五章第2节的内容,力的分解是高中力学知识应用的基础，而力的正交分解是解决动力学问题的有效手段。教学中应让学生体会到运用“等效”
思想研究问题是物理学研究中的一种重要方法，并能从同类现象中找到共同规律-----根据力的实际作用效果分解力，因此本节内容是本章中的重点，并为《力与运动》的研究奠定基础。
在高中物理课程标准中，特别强调要让学生经历、体验一个力作用同时产生两个效果的过程。其目的就是要让学生在这一过程中，理解力的分解应根据力的实际作用效果才有实际的物理意义，学会科学研究的常用方法——等效法，培养探究的意识，体验探究的乐趣，增强合作交流的意识。
二、学生学习情况分析
学生在学习本节内容前，已经知道同一直线上的二力合成问题，并掌握了互成角度的二力合成遵循的平行四边形定则，力的分解作为力的合成的逆运算，通过游戏的方式引出问题，激发学生的求知欲，但在分解具体的力时，学生会习惯性的将它分解为互相垂直的两个分力，并不能根据力的实际作用效果来分解具体的力，甚至很难体验到一个力的作用下同时产生的两个效果，这将是学生学习中面临的困难。
三、教学设计思路
本节内容要求学生通过实验体验力的分解应根据力的实际作用效果，并能用力的分解分析日常生活中的问题，这也就要求学生能从生活中发现问题，并能用解决问题的方法和途径来解释同类现象。为此，由生活中的小游戏引入新课，根据等效替代思想提出分力的概念以及力的分解，并提出问题：如何将一个力分解两个分力，学生会根据已有的经验回答：平行四边形定则，然后让学生动手将玻璃纸上的一个5N的力按同一比例分解，将多个学生的答案重叠用多媒体展示，学生自己就发现新的问题：答案不唯一，此时，用几何画板证实所有的答案都正确，因为该力没有实际意义，如果将该力赋予实际的生活情景（斜向上拉行李箱的力）又该如何分解，用演示实验1：利用托盘秤改造的弹簧压力计,将模拟行李箱放平台压力计上,用斜向上的力拉动模拟行李箱，使物体向前运动，来分析力的作用效果，让学生明确力的分解遵循平行四边形定则，还要根据力的实际作用效果来分解，再用两个学生体验性的实验（斜面上重力的分解，下拉力的分解）来巩固根据力的实际作用效果来分解力，接下来让学生寻找几副图中的差别和相同点（其中有两副图中两分力的夹角为90°），引出力的正交分解，并再次用演示实验1（数值具体化）让学生体验力的正交分解的优越性，课堂结尾又回到游戏，让学生课外探究分力的大小与夹角的关系，从课内拓展到课外上，最后组织学生小结，谈自己的学习体会，布置作业，完成本课的教学。
三、教学目标
理解分力的概念，理解力的分解是力的合成的逆运算，会用平行四边形定则求分力，并掌握按力的作用效果分解力；
掌握力的正交分解，并体验力的正交分解的优越性；
能应用力的分解分析日常生活和生产中的简单问题；
了解概念的建立（分力）是客观事实的需求（方便），而不是凭空臆造的；
在按力的实际作用效果确定分力的方向的体验中，归纳同类现象的共同规律；
学会等效替换这一研究问题的方法；
培养良好的观察、分析、归纳、总结的习惯和严谨求实的科学态度；
能将学习的知识拓展于生活实际,并能正确地表述自己的观点。
四、教学重点：
理解力的分解是力的合成的逆运算，会用平行四边形定则求分力，并掌握按力的作用效果分解力。
五、教学难点：
如何判定力的作用效果，掌握力的正交分解，并体验力的正交分解的优越性
六、教具：
多媒体课件、实物投影、重物、钩码、细线、台秤、滑块、木板
七、教学方法：
实验法、启发式、体验式、探究式学习
八、教学过程
导入新课（游戏引入）
教师：请班上一位力气大同学上来，再请一位个子小的同学上来，两人分别拉绳子的两端，谁会赢？
学生：力气大的同学
教师：再请一位力气大的男生上来，小个子的能拉动两个大个子的同学吗？
（小个子的同学在绳子中间用力一拉，两位大个子的同学被拉动了）
教师：观察到什麽现象
学生：小个子拉动了两个大个子同学
教师：沿什麽方向运动？
学生：沿绳子的方向向中间靠拢
教师：他一个人拉动了两个人，这就叫“四两拨千斤”（多媒体展示1）
新课教学
1、分力的概念
用电脑分析上述实验：拉力F在两个不同的方向上产生了效果，也就是相当于有两个力F1、F2分别沿绳的方向作用于两个同学上
教师：这两个力产生的效果与原来一个力产生的效果相同，我们用两个力来等效代替一个力的效果，使每个力与一个效果对应，这两个力F1F2就叫原来那个力F的分力。
教师：假设F已知，那F1、F2又多大呢？已知力F，求分力F1、F2就叫力的分解
2、力的分解
教师：你认为可以用什么方法将一个力分解成两个分力呢？依据是？
学生：用平行四边形定则分解，因为力的分解是力的合成的逆运算。
试一试：一个水平向右5N的力，用1
cm表示1N，请把这个力按平行四边形定则分解。（教师将准备有力F的玻璃纸分发给学生，让学生动手来画）
教师：请把你的图与你的同学比较，你们分解的图完全相同吗？比较你们的结果，你有什么想法？
教师收集4张差别较大的幻灯片重叠在一起，用实物展示,给学生分析
教师：哪一副图正确，为什么？
学生：都对，都是按平行四边形定则分解
教师对学生的作图进行评价，并用电脑软件几何画板作图验证，按平行四边形定则来分解一个力，一个力可以分解成无数对分力，这样的分解是没有物理意义的。
教师：怎样的分解才有实际的物理意义？下面我们把幻灯片上的力F放在具体的现象中，比如F就是图中手拉行李箱的拉力（多媒体展示2），大家又该如何分解呢？先让我们用下面的演示实验来模拟图中的情景吧
演示实验1：
利用托盘秤改造的弹簧压力计,将模拟行李箱放平台压力计上,用斜向上的力拉动模拟行李箱，使物体向前运动。
教师：观察到什么现象？
学生：示数减小了，物体被水平拉动
教师：这些现象说明拉力产生了哪些效果？
学生：物体被水平拉动说明斜向上的力有使物体水平向前运动的效果，示数减小了说明斜向上的力有使物体被向上提的效果，
教师： 那大家再观察力F的分解，哪种分解有实际意义？
学生：水平向右和竖直向上的分解有实际意义，水平的分力F1对应F力的水平作用效果（模拟行李箱被水平拉动），竖直向上的分力F2对应力F竖直作用效果（使模拟行李箱被向上提）
教师：说明力的分解遵循平行四边形定则，还要根据力的实际作用效果来分解
学生：力的实际作用效果确定了分力的方向，或者说两个分力的方向确定了，力的分解也就唯一确定了
学生实验1：
请大家将物理课本的封面用左手托起，搭建一斜面，右手将笔盒或眼镜盒放在斜面上，注意观察和感受（教师示范）
学生1：笔盒会沿斜面下滑
学生2：手有被下压的感觉
学生3：--------
教师：为什么会有这些现象和感受？
学生：物体受到重力的作用，重力产生了两个效果
教师：为研究物体下滑的方便，我们可将物体的重力如何分解？
请两名学生在黑板上画，其他同学自己动手画，并让黑板上画的同学表述自己画的依据和步骤
学生：第一步：根据重力的两个作用效果确定两个分力的方向，沿斜面向下、垂直斜面向下
第二步：过G的顶点分别作两条平行线，作出平行四边形
第三步：与G共点的两邻边就是G的两个分力G1、G2
（让其他学生对该生的回答作出评价，教师再作出必要的点评）
教师：（1）G2是不是压力 (压力的施力物体是什么 受力物体是什么 )
（2）产生下滑作用的力是不是物体受到的力 (施力物体是什么 )
分力是我们根据力作用的效果假想的用来等效代替原来的力,不是真实的力.这与力的合成中的合力是一样的.
学生实验2：
请大家再来体验图示的实验，并按该生的作图步骤对向下的拉力F进行分解（教师将准备的铅笔、细线分发给学生，并根据学生的实际情况作必要的演示，强调中指的细线水平，下拉的细线要竖直），学生分组体验完成，请一小组说明自己的感受。
学生小组1：中指被水平向前拉，铅笔戳掌心
学生小组2：-------
请两名学生在黑板上将F分解（找一名画错的同学和一名画正确的同学）
让学生对两种分解进行评价，并说明理由，教师对学生的错误进行指正，并说明这种错很正常，具有代表性，不但自己今后不会画错，而且会提示其他同学不再犯同样的错误，从这个角度来讲，很有价值
3、力的正交分解
将几种情形的分解对比分析
教师：3种情形分解的相同点、不同点在哪？
学生：都遵循平行四边形定则，都根据力的实际作用效果分解，但两个分力的夹角不同,图1、图2两分力互相垂直
教师：将力分解在两个互相垂直的方向上，这种分解叫力的正交分解
教师：让我们回到演示实验1，来体验应用正交分解的优点，我们将实验中的力数据化。
例、模拟行李箱重10N，放在弹簧压力计的水平台面上，现用大小为F
=5N与水平方向成53°斜向上的力拉砝码，模拟行李箱受到的摩擦力f=2N,压力计对模拟行李箱的支持力N=6N,求模拟行李箱所受的合力.
解：画出模拟行李箱受力图，如图所示
引导学生求合力的方法
学生1：可用作图的方法，先求f与N的合力，再求它与F的合力，再求
与G的合力
学生2：力的合成求出的结果不精确
学生3：可先求N与G的合力，再将它与f合成，合力再与F合成
学生4：先将F正交分解在水平和竖直方向上，分别求出水平和竖直方向
的合力，再求模拟行李箱的合力（用勾股定理、三角函数）
教师对学生的回答作出评价，并将学生分为2个大组，一组用力的合成（图示法）求解，另一组用力的正交分解求解，并请各组派一名代表演板，比较两种方法，哪一种方便、简洁、准确
学生：力的正交分解法
解：画出模拟行李箱受力图，如图所示
建立如图所示的直角坐标系，把力F
分解为沿水平方向的分力F
1
和沿竖直方向的分力F
2
F1=Fcosθ=5
cos
53°=3
N
　　
F2=Fsinθ=5
sin
53°=4
N
水平方向:Fx=F1-f=3-2=1
N
竖直方向:Fy=G-F2-N=10-4-6=0
物体所受的合力F合=1
N
（水平向右）
由座位上的全体同学共同评价两位板演同学的的解题过程的正、误。并引导学生比较两种方法解决问题的特点，如正交分解求多力的合力的优越性等，总结
小结：在求多个力的合力时，可用正交分解的方法，先将力分解再合成．
教师：回到课题引入的“四两拨千斤”的游戏，反思为什么小力可以分解出两个比自己大得多的力的奇妙效果呢？
学生：与两分力的夹角有关
教师：分力的大小与夹角的关系作为我们课外探究的课题
课堂小结：（请学生谈谈本堂课学习的收获，当学生有困难时引导学生从知识，获得知识的方法方面谈学到了什么）
学生谈收获：
一、知识：
1．力的分解遵循平行四边形定则。
2．一般要根据力的作用效果来分解力
二、方法：
1．实验
观察
分析
归纳
得结论
2．等效代替法
三、体验了知识的形成过程
教师小结、点评
作业：1、阅读课本P86
力分解的应用
2.课外探究：分力的大小与夹角的关系
3.课本P88
2、3、4，5（选做）
九、教学反思：
1、应用层层创设情景的方法来引导学生学习，使教学模式从传统的重结论转变为重过程，教学目标从传授知识转为发展学生的观察、实验、分析以及解决问题的能力，教师在课堂中起设置情景、组织、激励的作用，使学生真正成为学习的主人，真正落实了提高素质和科学素养的教学目标。在课堂的引入部分设置一个有趣的力分解现象，使课堂教学立即吸引学生的兴趣，激活了学生的求知欲望。再利用生活中的情景（拉皮箱），并用实验加以模拟，学生通过观察、实验和分析，生动、主动地进行思考和讨论，并以知识的学习为载体，了解了同类现象的共同规律（根据力的作用效果分解力），学生在学习分力知识的同时，体验等效替换这一科学研究问题的方法，提高了分析问题和认识问题的能力。
2、学生的自主学习，这样的教学设计使学生在动手动脑中自己悟出问题：按平行四边形定则，一个力可以有无数种分解的方式，学会发现问题，是解决问题的第一步，是创新的萌芽，学生面对问题积极主动地把思路延伸下去，具体情景中应根据力的作用效果分解力，并让学生表述自己分解的步骤，通过同学、教师的评价，通过自己的体验获取知识。
3、课堂资源的充分利用，将演示实验1的素材具体化到力的正交分解应用上，增加了问题的亲切感，从而降低了解题难度，课堂结尾又回到游戏，体现学习过程的首尾呼应，课外探究分力的大小与夹角的关系，体现学习的拓展，从课内拓展到课外上。
4、实际教学中要根据学生的具体情况对教材中内容作适当的取舍，优化课堂资源，提高效率，生源基础较好的学校或班级用1课时，而生源基础较差的学校或班级，一般校可考虑按2课时组织教学，第1课时完成到力的正交分解的概念及演示实验1中F、学生实验1中G的两分力的三角表达式，第2课时结合具体的情景、例题完成力的分解的应用教学，体会正交分解求多力的合力的优越性。
F
1
F
2
甲
A
乙
B
F
o
G
θ
G
G
G
θ
G
2
G
2
G
1
G
1
F
1
F
1
F
2
F
2
F
O
下拉力的分解
F
O
F
F
O
下拉力的分解
F
1
F
2
F
2
F
O
下拉力的分解
F
O
F
F
O
下拉力的分解
F
1
F
2
F
O
下拉力的分解
F
1
F
1
F
2
F
2
F
O
下拉力的分解
F
O
F
F
O
下拉力的分解
F
1
=F
cos
θ
F
2
=F
sin
θ
G
1
=G
sin
θ
G
2
=G
cos
θ