4力的合成教学设计及课堂实录

4　力的合成　 高中物理       人教2003课标版

(一)知识与技能

1.理解力的合成和合力的概念。

2.掌握力的平行四边形定则，会用作图法和直角三角形的知识求共点力的合力。

3.知道合力的大小和分力夹角的关系

(二)过程与方法

1．学会设计实验、观察实验现象、探索规律、归纳总结的研究问题的方法。

2．培养学生的动手能力、观察能力、分析能力、协作能力、创新思维能力。

3．学会应用等效代替和控制变量的思维方法。

(三)情感、态度与价值观

1.利用课堂的讨论，培养学生善于交流的合作精神。

2.通过力的合成的学习，领会学科间的相互结合，培养严谨求实的科学观。

    在学习了力学中常见的三种力后，本节学习力的运算方法：平行四边形定则。 力的合成是解决力学的基础和工具，是后续处理动力学问题和平衡问题的重要支点。

    学生在初中学习过同一直线上二力的合成。在本节的学习中，我们通过实验探究互成角度的二力的合成的方法。在具体教学中应由易到难，循序渐进。在实验的基础上应用等效替代的思想，得出平行四边形定则，然后分别用作图法、计算法来求合力，逐渐加深对平行四边形定则的理解和数学知识的应用。  

1.能通过实验探究求合力的方法—力的平行四边形定则，并知道它是矢量运算的普遍法则（重点）

2.会用作图法和计算法求共点力的合力（重点）

3.知道合力大小与分力夹角的关系（难点）

教学过程1：共点力、合力、分力的概念

学生分析：图1中小孩受到钢索的拉力，图2吊椅受到细绳的拉力，图3扁担两端受到向下的拉力，图4中菜篮受到两个人的拉力，分析比较得到图1和图2中受到的力作用于一点，而图3中受到力不是作用于一点，图4中受到的力虽然不是作用于一点但力的延长线交于一点，从而得到共点力的概念：作用于物体的一点或延长线交于一点。

学生比较分析：图4中菜篮在两个人的拉力作用下处于平衡状态，图5中菜篮在一个人的支持力作用下处于平衡状态，前者两个力的作用效果与后者一个人的作用效果相同，因此得到分力与合力的概念，并明确分力与合力的作用效果相同。

教学过程2：同向和反向共点力的合成

1.两分力F1、F2方向相同时，合力的大小F =F1+F2，方向与两力方向相同。

2.两分力F1、F2方向相反时，合力的大小F =|F1-F2|，方向与较大力的方向相同。

教学过程3：两互成夹角的共点力的合成

学生猜想：合力的大小是否等于两分力之和或两分力之差？

实验演示：用两个互成夹角的弹簧秤悬挂一重物，分别读出弹簧秤的示数F1、F2，用一个弹簧秤悬挂同一重物，读出该弹簧秤的示数F，比较可知，F不等于F1、F2之和也不等于F1、F2之差

过渡：那这两个力的合成到底应该遵循什么规律呢？

教学过程4：规律探究

1.实验器材：木板、白纸、胶带、橡皮条、细绳套、弹簧测力计、刻度尺

2.方案设计： 学生围绕4个思考题开展小组讨论，得到初步方案。

思考1:如何保证分力与合力的作用效果相同？

学生答：两次拉橡皮条使其伸长量相同而且结点位于同一处

思考2:需要记录哪些物理量？

学生答：结点的位置，两分力的大小和方向，合力的大小和方向

思考3:如何确定力的方向？

学生答：在细绳套两端正下方记录两点，再用直尺通过两点确定一条直线即为力的方向

思考4:用什么方式来直观地反映合力与分力的关系？

学生答：画力的图示

3.实验步骤：

①固定白纸和橡皮筋一端

②用一个弹簧秤去拉绳套，记下结点的位置及F的大小和方向

③用两个弹簧秤去拉，为保证两次作用效果相同必须使得结点在同一位置，记下F1，F2的大小与方向

④取相同的标度，画出力F1，F2，F的图示，并使之三个力作用在同一点上

4.学生实验探究，画力的图示

5.学生作品展示：出现如下情况

①力的图示较小，不易比较

②多次实验探究规律更为可靠

③有些同学以分力为邻边画平行四边形，观察得到合力近似为该平行四边形的对角线

④有些同学直接用两条线将分力与合力连接成为一个四边形，观察得到该四边形近似为该平行四边形

6.得出结论：力人合成遵循平行四边形定则

教学过程5：平行四边形定则

1.内容：以表示两个分力的线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。

2.规律应用：

①合力F不变，两分力与夹角的关系

学生演示实验：如图所示，改变两分力的夹角，感受分力大小的变化，其他学生通过观察橡皮绳的伸长量分析分力的变化

结论：两分力的夹角越大，两分力也越大

②两分力的大小不变，合力与夹角的关系

演示实验：如图所示，两分力的大小不变，合力减小，两分力之间的夹角将增大

结论：合力越小，两分力的夹角越大

③总结：合力随着夹角的增大而逐渐减小范围：| F1-F2|≤F≤F1+F2

4　力的合成　

4　力的合成　

教学过程1：共点力、合力、分力的概念

学生分析：图1中小孩受到钢索的拉力，图2吊椅受到细绳的拉力，图3扁担两端受到向下的拉力，图4中菜篮受到两个人的拉力，分析比较得到图1和图2中受到的力作用于一点，而图3中受到力不是作用于一点，图4中受到的力虽然不是作用于一点但力的延长线交于一点，从而得到共点力的概念：作用于物体的一点或延长线交于一点。

学生比较分析：图4中菜篮在两个人的拉力作用下处于平衡状态，图5中菜篮在一个人的支持力作用下处于平衡状态，前者两个力的作用效果与后者一个人的作用效果相同，因此得到分力与合力的概念，并明确分力与合力的作用效果相同。

教学过程2：同向和反向共点力的合成

1.两分力F1、F2方向相同时，合力的大小F =F1+F2，方向与两力方向相同。

2.两分力F1、F2方向相反时，合力的大小F =|F1-F2|，方向与较大力的方向相同。

教学过程3：两互成夹角的共点力的合成

学生猜想：合力的大小是否等于两分力之和或两分力之差？

实验演示：用两个互成夹角的弹簧秤悬挂一重物，分别读出弹簧秤的示数F1、F2，用一个弹簧秤悬挂同一重物，读出该弹簧秤的示数F，比较可知，F不等于F1、F2之和也不等于F1、F2之差

过渡：那这两个力的合成到底应该遵循什么规律呢？

教学过程4：规律探究

1.实验器材：木板、白纸、胶带、橡皮条、细绳套、弹簧测力计、刻度尺

2.方案设计： 学生围绕4个思考题开展小组讨论，得到初步方案。

思考1:如何保证分力与合力的作用效果相同？

学生答：两次拉橡皮条使其伸长量相同而且结点位于同一处

思考2:需要记录哪些物理量？

学生答：结点的位置，两分力的大小和方向，合力的大小和方向

思考3:如何确定力的方向？

学生答：在细绳套两端正下方记录两点，再用直尺通过两点确定一条直线即为力的方向

思考4:用什么方式来直观地反映合力与分力的关系？

学生答：画力的图示

3.实验步骤：

①固定白纸和橡皮筋一端

②用一个弹簧秤去拉绳套，记下结点的位置及F的大小和方向

③用两个弹簧秤去拉，为保证两次作用效果相同必须使得结点在同一位置，记下F1，F2的大小与方向

④取相同的标度，画出力F1，F2，F的图示，并使之三个力作用在同一点上

4.学生实验探究，画力的图示

5.学生作品展示：出现如下情况

①力的图示较小，不易比较

②多次实验探究规律更为可靠

③有些同学以分力为邻边画平行四边形，观察得到合力近似为该平行四边形的对角线

④有些同学直接用两条线将分力与合力连接成为一个四边形，观察得到该四边形近似为该平行四边形

6.得出结论：力人合成遵循平行四边形定则

教学过程5：平行四边形定则

1.内容：以表示两个分力的线段为邻边作平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。

2.规律应用：

①合力F不变，两分力与夹角的关系

学生演示实验：如图所示，改变两分力的夹角，感受分力大小的变化，其他学生通过观察橡皮绳的伸长量分析分力的变化

结论：两分力的夹角越大，两分力也越大

②两分力的大小不变，合力与夹角的关系

演示实验：如图所示，两分力的大小不变，合力减小，两分力之间的夹角将增大

结论：合力越小，两分力的夹角越大

③总结：合力随着夹角的增大而逐渐减小范围：| F1-F2|≤F≤F1+F2