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共1课时
4 力的合成 高中物理 人教2003课标版 1教学目标1、掌握力的平行四边形定则，知道它是力的合成的基本规律。 对力的概念，初中教科书中只给出力的作用效果，没有给出力的定义，更没有给出矢量的概念，平行四边形定则是学生第一次接触，对于初上高中的学生来说，是一个大的飞跃，习惯于代数运算的学生，在接受矢量运算时有一定的困难，根据学生的实际水平和探究任务的难度采用不同的教学模式，根据问题情景式探究任务运用适当的思维方法。教学中要注意规范性，但不必操之过急，本节课的教学选用探究与验证相结合的模式。老师应从学生已有的认知水平出发，注意把握教学的难度与深度。 3重点难点 重点：渗透“等效替代”的物理思想，促使力的平行四边形定则的发现与深刻的理解。 1．小实验设置情景，渗透科学方法 一力气大的同学一人提起杠铃片，使杠铃片保持静止；另外两位同学一起通过拉动绳子将杠铃提起并使之保持静止，从实验中有什么发现？分析两种情况下杠铃片的受力情况并画出力的示意图如图1、2所示，F与F1、F2是什么关系？引出力的等效替代关系，得出合力与分力的概念。 图1 图2 教学中渗透等效替代的思想方法，即分力与合力虽然不同时作用在物体上，但可以相互替代，能够相互替代的条件是分力与合力的作用效果相同，但不能同时考虑分力的作用又考虑合力的作用。 2．分组实验，激发思考 那么合力和分力之间遵循怎样的规律呢？具体的说，上面的例子里F与F1、F2的大小方向存在怎样的关系？猜想，并利用桌子上的实验器材，设计实验验证你的猜想。 可能会有学生猜想F=F1+F2，实际上猜想不一定要正确，与实验证实相比，实验证伪更能反映科学研究活动的真实情况。可用重锤模拟上面小实验中的杠铃片，两个弹簧秤可分别读出F与F1、F2的大小。 将各组实验数据记入下表中，事实上用一个弹簧秤秤重锤时读数为一确定值，而用两个弹簧秤互成角度秤重锤时的读数各不相同。 实验小组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 弹簧秤1的读书/N … 弹簧秤2的读书/N … 由上述表格中的数据，能得出什么结论？ 看来分力F1、F2与合力F之间的运算关系不是简单的代数和运算，似乎还与分力F1、F2的方向有关，那么，如何探究它们之间的关系呢？首先我们要想办法把合力和分力的大小方向记录下来并方便地表达出来，怎样做呢? 3．设计方案，促进合作 请同学们利用桌子上的实验器材，设计方案，探究分力与合力之间的运算法则。若提供的实验器材不能满足你的设计要求，可报告教师。 每一小组在设计方案的过程中，思考以下几个问题： (1)用什么方法找出分力F1、F2及合力F； (2)怎样使分力F1、F2的作用效果与合力F的作用效果相同？ (3)实验过程中需要记录哪些实验数据？怎样可以直观简洁的同时描述力的大小和方向？ 各小组分别讨论，经互相补充和完善后，形成探究方案。 经实验可得到F1、F2及F的图示如图3所示。 3 4．启发思考，民主互动 观察图3中F1、F2及F的大小和方向，并猜想F1、F2之和与F之间可能遵守什么规律？ 部分同学的猜想可能不着边际，还有一部分同学感到问题棘手，不知道解决问题的突破口在哪里。此时，教师参与学生的猜想和讨论，可以以自言自语的方式给学生一些提示：“在学习平面几何时，可以利用添加辅助线的方法，重新构建几何图形，使得已知量和未知量之间建立联系。我们能否通过添加辅助线的方法构成一些简单图形如三角形、四边形等，使得F1、F2与F之间建立某种联系？”在老师的引导下，利用添加辅助线的方法，学生可能形成如下的探究方案： 方案1：如图4所示，过F1和F2的末端A、B作力F的方向OE的垂线交OE于C、D两点，则OC+ OD即为合力F的大小。 图4 方案2：如图5所示，用虚线连接F1和F的末端A、E，则AOE就构成一个三角形，F1、F2和F三个物理量之中已有两个量在构成的三角形中，但分力F2与三角形之间还没有联系，仅连接AE还不能解决问题。 图5 方案3：和方案2类似，用虚线连接F2和F的末端B、E，BOE就构成一个三角形，要想知道F1、F2和F之间的关系，则需确定BE与F1之间的联系或者确定AE与F2之间的联系。另外，有的小组将A、B相连，AOB构成一个三角形；有的将A、E相连，B、E相连，AOBE构成一个四边形等等。 评价：对于方案1，同学们有这样的设想是值得肯定的，里面实际上蕴藏了正交分解的思想，但问题是事先不知道合力F的方向，那么，从A、B出发向什么方向作垂线得到C、D两点？显然这种方法有缺陷，还需进行一步研究。 对于方案2，同学们利用添加辅助线的方法，使F1、F构成三角形的两边，若想深入研究，还需确定AE与分力F2之间的关系，请进一步猜想AE与分力F2的大小是否相等？AE与F2的方向是否平行？ 既然连接AE或连接BE构成的三角形，仅能使F1和F或F2和F建立联系，那么，同时连接AE和BE，在四边形AOBE中，F1、F2和F三个物理量都包含在里面，F1和F2四边形的两边，F是其一条对角线。请同学们认真观察一下四边形AOBE，并猜想四边形AOBE有什么特点？ 经观察、实验和分析，发现AOBE为近似平行四边形，于是猜想出合力与分力的关系所满足的平行四边形定则。为验证平行四边形定则，重做刚才的实验，比较用平行四边形定则得到的合力与实际合力的误差。 5．延伸拓展，巩固提高 一般的巩固提高都着眼于平行四边形法则的运用与练习，如“合力F的大小一定比分力F1或F2大吗？可能比F1或F2都小吗？”这样的问题，或用几何画板等巩固学生对平行四边形法则的掌握与理解，但是本节课的重点是探究力的合成法则的过程，因此，巩固练习也应该是有关过程和方法的迁移运用。 这里设置这样的问题：某同学用实验研究同方向平行力的合成。他把一根很轻（重力不计）的刻度尺挂在两个橡皮条下，然后在任意两点A1、A2挂上重力为G1、G2的钩码（如图6）记下刻度尺和A1、A2位置，以及G1、G2的大小。接着他取下G1、G2钩码，在刻度尺上0点挂钩码G，并调整0的位置和G的大小使得刻度尺的位置和原来一样(如图7)，记下0的位置和G的大小。他经过多次实验，实验数据如表所示： 实验次数 G1/N G2/N G/N A1O/cm A2O/cm 1 1．5 1．0 2．5 10．0 15．0 2 2．0 1．0 3．0 10．0 20．0 3 1．5 2．0 3．5 20．0 15．0 4 2．0 1．5 3．5 7．5 10．0 (1)该同学实验中，“使得刻度尺的位置和原来一样”的目的是什么？ 图6 图7 (2)根据表格中的数据，两个同向平行力F1、F2和它们的合力F的大小关系是什么？合力F的作用点D到分力F1、F2的作用点A1、A2的距离的关系是怎样的？ 五、教学后记 本节课的教学设计，强调学生的探究过程和探究过程中的方法与体验，把教师作为学生探究活动的参与者，随时与学生进行交流，为学生提供必要的帮助，来克服探究过程中的困难。对教材的处理也比较合-理，既充分体现了教材的教学理念，又改进了教材中实验的不足。通过在不同类型学校的试教，执教者一般认为由于本节课的教学设计中对学生学习的困难和可能出现的探究方案、猜想假设等考虑得比较充分，为课堂教学中根据不同情况生成教学留下了足够的空间，这样的教学设计是切实可行的。当然，本节课没有对平行四边形定则做进一步的巩固与提高，这有待后续课程来完成。 4 力的合成 课时设计 课堂实录4 力的合成 1第一学时 教学活动 活动1【导入】力的合成1．小实验设置情景，渗透科学方法 一力气大的同学一人提起杠铃片，使杠铃片保持静止；另外两位同学一起通过拉动绳子将杠铃提起并使之保持静止，从实验中有什么发现？分析两种情况下杠铃片的受力情况并画出力的示意图如图1、2所示，F与F1、F2是什么关系？引出力的等效替代关系，得出合力与分力的概念。 图1 图2 教学中渗透等效替代的思想方法，即分力与合力虽然不同时作用在物体上，但可以相互替代，能够相互替代的条件是分力与合力的作用效果相同，但不能同时考虑分力的作用又考虑合力的作用。 2．分组实验，激发思考 那么合力和分力之间遵循怎样的规律呢？具体的说，上面的例子里F与F1、F2的大小方向存在怎样的关系？猜想，并利用桌子上的实验器材，设计实验验证你的猜想。 可能会有学生猜想F=F1+F2，实际上猜想不一定要正确，与实验证实相比，实验证伪更能反映科学研究活动的真实情况。可用重锤模拟上面小实验中的杠铃片，两个弹簧秤可分别读出F与F1、F2的大小。 将各组实验数据记入下表中，事实上用一个弹簧秤秤重锤时读数为一确定值，而用两个弹簧秤互成角度秤重锤时的读数各不相同。 实验小组 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 弹簧秤1的读书/N … 弹簧秤2的读书/N … 由上述表格中的数据，能得出什么结论？ 看来分力F1、F2与合力F之间的运算关系不是简单的代数和运算，似乎还与分力F1、F2的方向有关，那么，如何探究它们之间的关系呢？首先我们要想办法把合力和分力的大小方向记录下来并方便地表达出来，怎样做呢? 3．设计方案，促进合作 请同学们利用桌子上的实验器材，设计方案，探究分力与合力之间的运算法则。若提供的实验器材不能满足你的设计要求，可报告教师。 每一小组在设计方案的过程中，思考以下几个问题： (1)用什么方法找出分力F1、F2及合力F； (2)怎样使分力F1、F2的作用效果与合力F的作用效果相同？ (3)实验过程中需要记录哪些实验数据？怎样可以直观简洁的同时描述力的大小和方向？ 各小组分别讨论，经互相补充和完善后，形成探究方案。 经实验可得到F1、F2及F的图示如图3所示。 3 4．启发思考，民主互动 观察图3中F1、F2及F的大小和方向，并猜想F1、F2之和与F之间可能遵守什么规律？ 部分同学的猜想可能不着边际，还有一部分同学感到问题棘手，不知道解决问题的突破口在哪里。此时，教师参与学生的猜想和讨论，可以以自言自语的方式给学生一些提示：“在学习平面几何时，可以利用添加辅助线的方法，重新构建几何图形，使得已知量和未知量之间建立联系。我们能否通过添加辅助线的方法构成一些简单图形如三角形、四边形等，使得F1、F2与F之间建立某种联系？”在老师的引导下，利用添加辅助线的方法，学生可能形成如下的探究方案： 方案1：如图4所示，过F1和F2的末端A、B作力F的方向OE的垂线交OE于C、D两点，则OC+ OD即为合力F的大小。 图4 方案2：如图5所示，用虚线连接F1和F的末端A、E，则AOE就构成一个三角形，F1、F2和F三个物理量之中已有两个量在构成的三角形中，但分力F2与三角形之间还没有联系，仅连接AE还不能解决问题。 图5 方案3：和方案2类似，用虚线连接F2和F的末端B、E，BOE就构成一个三角形，要想知道F1、F2和F之间的关系，则需确定BE与F1之间的联系或者确定AE与F2之间的联系。另外，有的小组将A、B相连，AOB构成一个三角形；有的将A、E相连，B、E相连，AOBE构成一个四边形等等。 评价：对于方案1，同学们有这样的设想是值得肯定的，里面实际上蕴藏了正交分解的思想，但问题是事先不知道合力F的方向，那么，从A、B出发向什么方向作垂线得到C、D两点？显然这种方法有缺陷，还需进行一步研究。 对于方案2，同学们利用添加辅助线的方法，使F1、F构成三角形的两边，若想深入研究，还需确定AE与分力F2之间的关系，请进一步猜想AE与分力F2的大小是否相等？AE与F2的方向是否平行？ 既然连接AE或连接BE构成的三角形，仅能使F1和F或F2和F建立联系，那么，同时连接AE和BE，在四边形AOBE中，F1、F2和F三个物理量都包含在里面，F1和F2四边形的两边，F是其一条对角线。请同学们认真观察一下四边形AOBE，并猜想四边形AOBE有什么特点？ 经观察、实验和分析，发现AOBE为近似平行四边形，于是猜想出合力与分力的关系所满足的平行四边形定则。为验证平行四边形定则，重做刚才的实验，比较用平行四边形定则得到的合力与实际合力的误差。 5．延伸拓展，巩固提高 一般的巩固提高都着眼于平行四边形法则的运用与练习，如“合力F的大小一定比分力F1或F2大吗？可能比F1或F2都小吗？”这样的问题，或用几何画板等巩固学生对平行四边形法则的掌握与理解，但是本节课的重点是探究力的合成法则的过程，因此，巩固练习也应该是有关过程和方法的迁移运用。 这里设置这样的问题：某同学用实验研究同方向平行力的合成。他把一根很轻（重力不计）的刻度尺挂在两个橡皮条下，然后在任意两点A1、A2挂上重力为G1、G2的钩码（如图6）记下刻度尺和A1、A2位置，以及G1、G2的大小。接着他取下G1、G2钩码，在刻度尺上0点挂钩码G，并调整0的位置和G的大小使得刻度尺的位置和原来一样(如图7)，记下0的位置和G的大小。他经过多次实验，实验数据如表所示： 实验次数 G1/N G2/N G/N A1O/cm A2O/cm 1 1．5 1．0 2．5 10．0 15．0 2 2．0 1．0 3．0 10．0 20．0 3 1．5 2．0 3．5 20．0 15．0 4 2．0 1．5 3．5 7．5 10．0 (1)该同学实验中，“使得刻度尺的位置和原来一样”的目的是什么？ 图6 图7 (2)根据表格中的数据，两个同向平行力F1、F2和它们的合力F的大小关系是什么？合力F的作用点D到分力F1、F2的作用点A1、A2的距离的关系是怎样的？ 五、教学后记 本节课的教学设计，强调学生的探究过程和探究过程中的方法与体验，把教师作为学生探究活动的参与者，随时与学生进行交流，为学生提供必要的帮助，来克服探究过程中的困难。对教材的处理也比较合-理，既充分体现了教材的教学理念，又改进了教材中实验的不足。通过在不同类型学校的试教，执教者一般认为由于本节课的教学设计中对学生学习的困难和可能出现的探究方案、猜想假设等考虑得比较充分，为课堂教学中根据不同情况生成教学留下了足够的空间，这样的教学设计是切实可行的。当然，本节课没有对平行四边形定则做进一步的巩固与提高，这有待后续课程来完成。 Tags：合成,优秀,课稿
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