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1、2022年高中物理 力的合成教案 教科版必修1
一、教學(xué)目標(biāo)
1.利用實驗歸納法,得出互成角度的兩個力的合成遵循平行四邊形定則,并能初步運(yùn)用平行四邊形定則求合力。
2.培養(yǎng)動手操作能力、物理思維能力和科學(xué)態(tài)度。
二、重點與難點分析
通過探索性實驗,歸納出互成角度的兩個力的合成遵循平行四邊形定則。
三、教學(xué)器材
教師用器材:平行四邊形定則實驗器、鉤碼(12個)、細(xì)線若干、彈簧秤(3只)、橡皮筋(3條)、方木板(1塊)、平行四邊形定則演示器(2個)、投影(1套)、微機(jī)(1套)、三角板(2個)。
學(xué)生用器材30套,每套包括:方木板(1塊)、彈簧秤(2個)、橡皮筋(1條)、8開白紙(1
2、張)、50cm細(xì)線(1根)、圖釘(1個)、有刻度的三角板(2個)、記號筆(1支)、大鐵夾(1個)。
四、主要教學(xué)過程
1.引入教學(xué)
[復(fù)習(xí)與提問]
在初中,我們學(xué)過“一個力產(chǎn)生的效果,與兩個力共同作用產(chǎn)生的效果相同,這個力就叫做那兩個力的合力,求兩個力的合力叫做二力的合成。
提問:已知同一直線上的兩個力F1、F2的大小分別為2N、3N,如果F1、F2的方向相同,那以它們的合力大小是多少?合力沿什么方向?
引導(dǎo)回答:5N,方向與F1、F2的方向相同。
進(jìn)一步提問:如果F1、F2的方向相反,那么它們的合力大小是多少?合力沿什么方向?
(1N,方向與較大的那個力的方向相同。)
(板
3、書)同一直線上兩個力的合力,與兩個力的大小、方向兩個因素有關(guān)。并講述這就是初中所學(xué)的“同一直線上二力的合成?!?
(投影1)在現(xiàn)實生活中,有這樣的例子:兩位同學(xué)沿不同方向共同用力提住一袋土石,解放軍戰(zhàn)士一人也能提住同一袋土石。
(演示1)
將橡皮筋一端固定在M點,用互成角度的兩個力F1、F2共同作用,將橡皮筋的另一端拉到O點;如果我們只用一個力,也可以將橡皮筋的另一端拉到O點。如圖1、圖2所示。
一個力F產(chǎn)生的效果,與兩個力F1、F2共同作用產(chǎn)生的效果相同,這個力F就叫做那兩個力F1、F2的合力,而那兩個力F1、F2就叫這個力F的分力。求F1、F2兩個力的合力F,也叫做二力的合成。如
4、圖3所示。
與初中的二力合成不同的是,F(xiàn)1、F2不在同一直線上,而是互成角度。
這節(jié)課我們就來研究互成角度的兩個力的合成(板書:1.5 力的合成)
[過渡]同一直線上兩個力的合力,跟兩個力的大小、方向兩個因素有關(guān)。那么,(板書)互成角度的兩個力的合力跟兩個力的哪些因素有關(guān)呢?
2.新課教學(xué)
提問:互成角度的兩個力的合力與分力的大小、方向是否有關(guān)?如果有關(guān),又有什么樣的關(guān)系?我們通過實驗來研究這個問題。首先,應(yīng)該確定兩個分力的大小、方向;再確定合力的大小、方向;然后才能研究合力與兩個分力的大小、方向的關(guān)系。
那么怎樣確定兩個分力F1、F2的大小、方向呢?
啟發(fā)學(xué)生回答:用彈簧秤測量
5、分力的大小,分力的方向分別沿細(xì)繩方向,即沿所標(biāo)明的虛線方向。
[講解彈簧秤的使用]
在使用彈簧秤測量力的大小時,首先,要觀察彈簧秤的零刻度及最小刻度,同時要注意彈簧秤的正確使用及正確的讀數(shù)方法。
確定分力的大?。?邊演示邊講解兩人如何分工合作)一位同學(xué)用兩只彈簧秤分別鉤掛細(xì)繩套,同時用力互成角度地沿規(guī)定的方向拉橡皮筋,使橡皮筋的另一端伸長到O點;另一位同學(xué)用記號筆分別在相應(yīng)位置記下兩個彈簧秤的讀數(shù)。這就是分力的大小。
注意:拉動橡皮筋時,要使兩只彈簧秤與木板平面平行。
現(xiàn)在,請同學(xué)們觀察M點有沒有固定橡皮筋,規(guī)定的方向是不是明確,記錄用的油筆有沒有?用鐵夾子將木板固定在桌上。
都準(zhǔn)
6、備好之后,左邊同學(xué)拉橡皮筋,右邊同學(xué)讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù),測量兩個分力的大小,測量完之后請舉手!
[指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實驗]
提問:怎樣確定合力F的大小、方向呢?
引導(dǎo)學(xué)生回答:用一只彈簧秤通過細(xì)繩套也把橡皮筋拉到位置O,彈簧秤的讀數(shù)就是合力的大小,細(xì)繩的方向就是合力的方向。
確定合力的大小和方向:一位同學(xué)用一只彈簧秤通過細(xì)繩套也把橡皮筋拉到位置O,另一位同學(xué)用記號筆記下細(xì)繩的方向,并在相應(yīng)位置記下彈簧秤的讀數(shù)。這就是合力的方向、大小。注意前后兩次實驗O點應(yīng)該重合。
現(xiàn)在,請右邊同學(xué)拉橡皮筋,左邊同學(xué)讀數(shù)并記錄數(shù)據(jù),確定合力的大小和方向。
[視察學(xué)生實驗情況]
到此為止,我們已經(jīng)確定了兩
7、個分力以及它們的合力的大小、方向。為了弄清楚兩個力的合力與分力的大小、方向的關(guān)系,我們可以用力的圖示法形象地將分力和合力的大小、方向表示出來。
[數(shù)據(jù)處理]
1)用力的圖示法分別表示分力及合力:選擇適當(dāng)?shù)臉?biāo)準(zhǔn)長度(3cm長的線段表示1N力),利用三角板,從O點開始,用力的圖示法分別表示兩個分力及合力的大小、方向。注意標(biāo)準(zhǔn)長度要一致。如圖所示,有向線段OA、OB、OC分別表示兩個分力及合力。
現(xiàn)在,請同學(xué)們用力的圖示法將自己測量的分力和合力分別表示出來。
提問:分力的大小分別等于多少?合力的大小等于多少?
進(jìn)一步提問:由此看來,互成角度的兩個力的合成,不能簡單地利用代數(shù)方法相加減。
8、那么合力與分力的大小、方向究竟有什么關(guān)系呢?
同學(xué)們仔細(xì)看看,O、A、C、B的位置關(guān)系有什么特點?
(停頓20秒,引導(dǎo)同學(xué)猜出)
O、A、C、B好像是一個平行四邊形的四個頂點。OC好像是這個平行四邊形的對角線。
教師解說:OC好像是這個平行四邊形的對角線,這畢竟是一種猜測,究竟OC是不是這個平行四邊形的對角線呢?我們可以以O(shè)A、OB為鄰邊作平行四邊形OACB,看平行四邊形的對角線與OC是否重合。
2)用兩個三角板,以表示兩個分力的有向線段OA、OB為鄰邊,用虛線作平行四邊形OACB。
(示范。強(qiáng)調(diào)鄰近,利用兩個三角板作平行四邊形。)
現(xiàn)在請同學(xué)們以自己所得的OA、OB為鄰邊,作平
9、行四邊形,并連接OA、OB之間的對角線。
3)同學(xué)操作,教師指導(dǎo),選出典型,投影講評。
4)比較平行四邊形的對角線和合力,發(fā)現(xiàn)對角線與合力很接近。
5)四組同學(xué)所得結(jié)果都是結(jié)論4),教師所得實驗結(jié)果也是結(jié)論4),那么結(jié)論4)是不是普遍的呢?
6)經(jīng)過前人們很多次的、精細(xì)的實驗,最后確認(rèn),對角線的長度、方向,跟合力的大小、方向一致,即對角線與合力重合,也就是說,對角線就表示F1、F2的合力。
可見求互成角度的兩個力的合力,不是簡單地將兩個力相加減,而是(可以)用表示兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形,這兩個鄰邊之間的對角線就表示合力的大小和方向。這就是平行四邊形定則。如圖5所示。
10、
提問:有沒有同學(xué)實驗結(jié)果是對角線與合力相距比較遠(yuǎn)?
有這種情況很正常,一個規(guī)律的得出,是由很多人在很長時間里,進(jìn)行了許多次實驗,才能總結(jié)出來,并要經(jīng)得起實踐檢驗。因此,一個規(guī)律,并不是通過一次實驗就能得到的。如果有同學(xué)實驗結(jié)果是對角線與合力相距比較遠(yuǎn),不要著急,課下我們一起來看看問題出在哪里。
現(xiàn)在我們就用平行四邊形定則來求互成角度的兩個力的合力。
3.練習(xí)(略)
4.小結(jié)
(1)互成角度的兩個力的合成,不是簡單地利用代數(shù)方法相加減,而是遵循平行四邊形定則。即合力F的大小不僅取決于兩個分力F1、F2的大小,而且取決于兩個分力的夾角。
現(xiàn)在,就來觀察一下合力與分力大小、方向的關(guān)系的
11、動態(tài)情景。
[電腦演示]合力F與兩個分力F1、F2的大小的關(guān)系;
合力F與兩個分力F1、F2的夾角的關(guān)系;
[學(xué)生思考]如果兩個分力的大小分別為F1、F2,兩個分力之間的夾角為θ,當(dāng)θ=0°時,它們的合力等于多少?當(dāng)θ=180°時,它們的合力又等于多少?
(2)對平行四邊形定則的認(rèn)識,是通過實驗歸納法來完成的。實驗歸納法的步驟是:提出問題→設(shè)計實驗、進(jìn)行實驗、獲取數(shù)據(jù)、進(jìn)行數(shù)據(jù)分析→多次實驗、歸納、總結(jié)→得出結(jié)論。
5.作業(yè)
如圖6所示,有12個質(zhì)量相同的鉤碼,如圖掛放。AO、OB的夾角為什么等于90°?
6.教學(xué)說明
《力的合成》這一節(jié)課,我們一改傳統(tǒng)教學(xué)中的“驗證性”實驗教學(xué)方式,采用“探索性”實驗教學(xué)。讓學(xué)生在自己原有“同一直線上兩個力的合成”的知識基礎(chǔ)上,通過“猜測、實驗、歸納、總結(jié)”的完整過程,自己得出“不在同一直線上的兩個力的合成”所遵循的“平行四邊形定則”。與此同時,為了提高學(xué)生的學(xué)習(xí)品質(zhì),我們還提出了方法目標(biāo)和德育目標(biāo)。讓學(xué)生在建立“平行四邊形定則”的過程中,體會到“實驗歸納法”的一般原則。