力的等效替代 教案
1、 上海市香山中学 唐雅青
2、 教学目标
1． 学会物理学中的又一种科学研究的方法——等效替代法
2． 理解分力、合力及力的合成的概念
3． 利用实验探究互成角度的两力合成的规律
3、 难点：学生做实验的过程的调控；实验数据的处理
4、 教学器材
学生用器材24套，每套包括：方木板（1块）、弹簧秤（2个）、橡皮筋（1条）、8开白纸（1张）20cm细线（1）根、图钉（1个）、有刻度的三角板（2个）、铅笔（1支）
5、 主要教学过程
（一）、引入新课题
小实验 ：同样一桶水可以一个人提，也可以两个人共同提
问1：F1 与F2 共同作用的效果与F相同吗？
板书：力的等效替代
问2 ：等效替代的科学研究方法，在物理学中最早什么时候学过？
电路：求串、并联的等效电阻
问3：除物理学之外，在我国古代最早应用等效替代的方法解决实际问题的人是谁？等效替代的条件是什么？ “效果相同”
引导学生归纳：1、力F与F1 与F2 共同作用的力的效相同
2、总电阻R与，R1 R2 在电路中起的效果
3、一头大象的总质量与无数石块的共同作用效果相同。
讲述：在 初中学过“一个力F 产生 的效果与两个力F1 与F2 共同作用产生效果相同，这个力F 叫做F1 与F2 合力，则叫力F的 两个分力，求F1 与F2的 合力叫做力的合成。”（二）、板书分力与合力，力的合成的概念。
提问：已知同一直线上的两个力F1 与F2的大小分别为2N，3N，那么等效替代F1 与F2
的合力？
引导学生：必须指明力的方向，如果F1 与F2的方向相同，则F=5N方向与F1 与F2相同。
如果F1 与F2的方向相反，则F=1N方向与F2方向相同。
板书：“同一直线两个力的合成与两个力的大小，方向两个因素有关。”
实物演示：将橡皮筋一端固定M点，用互成角度的两个力F1 与F2共同作用，将橡皮筋的另一端拉到O点；如果我们只用一个力，也可以将橡皮筋的一端仍然拉到Ｏ。
提问：Ｆ为什么可以等效替代，引导学生回答：Ｆ的伸长形变效果与F1 与F2共同作用的效果相同，（实验中二次都拉到Ｏ点）。
Ｆ是F1 与F2的什么力？（合力）F1 与F2是Ｆ的什么力？（二个分力）F1 与F2不在同一直线上，而是互成角度本节我们重点研究互成角度的两个力的等效替代关系
（三）、指导学生进行实验探究
目的：互成角度的两个力的合力与分力的大小、方向是否有关？如果有关，又有什么样的关系？
提问：１、应该怎样确定两个分力的大小、方向？
２、怎样确定合力的大小、方向？
启发学生根据实验提供的器材回答：用弹簧秤测量分力的大小，分力的方向用铅笔沿细绳方向。叫一学生回答弹簧秤的使用方法。
实验指导：确定分力的大小：教师叫一学生到电脑展台一起边讲解边演示两人如何分工合作。其他学生二人一组进行分组实验。
确定分力的大小、方向：一位同学用两只弹簧秤分别钩挂细绳套，使橡皮筋的另一端伸长到Ｏ；另一位同学（１）、用铅笔沿两绳线的方向分别找出二点，用数学中二点确定一条直线的方法确定分力的方向。（２）、读出两弹簧秤的读数，确定分力的大小。
提醒：拉动橡皮筋时，要使两只弹簧秤与木板平行且不接触。
确定合力的大小、方向：一位同学用一只弹簧秤通过细绳套也把橡皮筋拉到位置Ｏ，另一位同学用铅笔记下细绳的方向。并在相应位置记下弹簧秤的读数。这就是合力的方向、大小。
提醒：前后两次实验Ｏ点应该重合。
［视察学生实验情况］到此为止，我们已经确定了两个分力以及它们的合力的大小、方向。为了弄清两个力的合力与分力大小，方向的关系，我们可用力的图示法形象地将分力和合力的大小、方向表示出来。
［数据处理］用力的图示法分别表示分力及合力。选择适当的标准长度（１ＣＭ长的线段表示０。１Ｎ）利用三角板，从Ｏ点开始，用力的图示法分别表示两个分力及合力的大小、方向。注意标准长度要一致，如图所示，有向线段ＯＢ，ＯＣ，ＯＡ分别表示两个分力及合力。
现在，请同学们用力的图法将自己测量的分力和合力分别表示出来。
提问：分力的大小分别等于多少？合力的大小等于多少？由此看来，互成角度的两个力的合成，不能简单地利用代数的方法相加减，那么合力与分力的大小、方向究竟有什么关系呢？请同学们仔细看看ＯＢＡＣ的位置关系有什么特点？ＯＢＡＣ好像是一个平行四边形的四个顶点。ＯＡ好像是这个平行四边形的对角线。一般同学作出的只是四边形，平行四边形必须对边相等。教师选出典型，投影讲评。
总结：经过前人很多次的精细的实验，最后确认力与F2的合力就是以F1 和F2邻边作平行四边形，其对角线，就表示F1 和F2的合力。可见求互成角度的两个力的合力，不是简单地将两个力相加减，而是用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。这就是平行四边形定则。
（四）、练习：已知：F1=4N，向东，F2=4N 东偏北60ｏ求合力F=？（学生练习）
F约7N方向东偏北30ｏ。
1、 （五）小结：
2、 互成角度的两个力的合成，不是简单地利用代数方法相加减，而是遵循平行四边形法则，即合力的大小不仅取决于两分力F1 和F2的大小，而且取决于两个分力的夹角。现在，就来观察一下合力与分力大小、方向的关系的动态情景。
3、 [电脑动画]当F1 和F2大小确定时，合力与两个分力F1 和F2的夹角的关系
能否说合力一定比分力大呢？
4、 思考：当F1 和F2的夹角θ=0ｏ时，F合=？
当F1 和F2的夹角θ=180ｏ时， =？
5、 F合的范围：| F1 - F2|≤F≤F1+F2
6、 对平行四边形法则的认识，是通过实验归纳法来完成的
（六）作业：同步课课练：P39 A卷
Ｏ
Ｂ
Ｃ
Ａ
F2
F1
G
G
F(共14张PPT)
§3.3力的等效替代
2004.11.11
摩擦力复习
摩擦力
滑动摩擦力
静摩擦力
条件：接触、有相对滑动趋势
大小：f= N
方向：与接触面相切，与相对滑动方向相反
方向：与接触面相切，与相对运动趋势方向相反
大小：f条件：接触、有相对滑动
复习与回顾
力的三要素：
力的
说明：力的大小、方向和作用点不同，力所产生的效果不同。
和作用点
大小、
方向
小练习
用扳手拧螺母，手握在把的A点或B点，哪点省力？
A点省力。表明力的作用效果跟力在物体上的作用点有关。
力的图示
力的示意图
F
1N
力的图示
F=3N
F
例题
物体受到的重力的方向是竖直向下的，作用点在物体的重心上.请画出力的示意图和力的图示。
1.30牛顿重的圆球受到的重力。
2.用绳子沿水平方向以5牛顿的力拉小车时的拉力。
10N
2.5N
G
F
力的等效、力的替代
等效替代是重要的科学思维方法之一，它可以使复杂问题变成简单问题
从力的效果上看：
1.一头大象的拉力与8匹马的拉力是相等的
2.两个小孩的提升力与一个大人的提升力效果是相等的
结论：一头大象的拉力与8匹马的拉力，两个小孩的提升力与一个大人的提升力都可以相互替换。
等效
效果相等
替代
力的合成和分解：从作用效果相同这一点出发,根据具体情况进行力的替代,称为力的合成和分解
力的合成和分解
合力和分力：如果一个力的作用效果与另外几个力的共同效果相同，那么这个力与几个力可以相互替代，这个力称为另外几个力的合力，另外几个力称为这个力的分力
思考：合力和分力之间存在什么关系呢？
实验探究
目的：探究合力和分力之间关系
实验仪器：木板、白纸、弹簧秤、图钉等。
实验步骤：看实验手册
实验结论：
寻找等效力
结论：如果表示用两个共点力的线段为邻边作一个平行四边形，则这两个邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向——力的平行四边形定则
大家来做一做
教材P46-实践拓展。
尚未做好的名为“力的合成”的示教仪。请用简易器材做出这个示教仪，并标上箭头、刻度及虚线。
请在课外完成上述实验器材
效果：参看
思考
1.什么是力的等效？
2.什么是力的替代？
3.什么条件下，合力大于分力？什么条件下，合力小于分力？
力的合成
1.重3N静止的电灯受到灯绳的拉力；
2.静止在空中重力是2500N的气球受到的浮力；
3.铁锤对道钉竖直向下的大小为2.5×103N的打击力；
4.重5N的书本对水平桌面的压力
