3.4 实验：探究力的合成

3.4《实验：探究求合力的方法》教学设计

商南县高级中学刘文姬

一、教材内容分析

在《普通高中物理课程标准》共同必修模块物理一的内容标准中涉及本节内容有“通过实验,理解力的合成与分解,区分矢量与标量,用力的合成与分解分析日常生活中的问题”。该条目要求学生通过实验对力的合成与分解的学习应达到理解的水平,并能用力的合成与分解分析日常生活中的问题,这体现了关注物理与生产、生活的联系。“力的合成”这一节研究的是力的等效关系,依据等效思想总结出力的平行四边形定则。教学中应让学生体会运用“等效”思想研究问题是物理学研究中的一种重要方法。平行四边形定则是矢量运算普遍遵循的法则,而矢量运算贯穿高中物理始终,因此,本节内容为以后学习速度、速度的变化,动量、动量的变化等矢量及其运算奠定了基础,它具有承上启下的作用。教学设计注重学生知识的形成过程和对知识的真正理解。采用实验探究的学习方式,培养学生收集信息、处理信息、分析论证的能力,养成事实求实的科学态度和良好的合作习惯。本节教学设计面对高一学生,他们在初中物理中,学习了同一直线上力的合成,“代数和”的算术运算在学生头脑中已成定势,通过实验探究感知力的合成定则,力争突破原有思维定势。

教学目标

教学重点：通过实验探索“力的合成”所遵循的定则.

教学难点：实验探究获得“平行四边形定则”.

活动1【导入】一、引入新课

生观看生活现象:

(一)演示棉线提重锤实验,发现到线分开时,棉线断的现象

(二)请两位同学亲历体验提水桶。

1.请两位同学分别单手提水桶。说出你的感受。

2.请两位同学共同单手提水桶。说出你的感受。

3.请思考:比较一下两个人拉开些点距离提水桶省力还是靠近些距离提水桶省力? 上述物理情景中蕴含怎样的知识,你能用科学的语言概括它吗? 本节课我们从此现象出发来学习有关力的合成知识. (从生活走进物理,激发兴趣)

活动2【讲授】二、新课教学

(一)、创设情境,提出合力分力的概念

学生继续观看生活中提水桶的实例,从物理学的角度谈自己的感悟,通过教师的启发完成以下知识的学习。(培养观察、想象、语言表达能力)

1、两种情景力的作用效果怎样? (作用效果相同)

2、谁是谁的合力,谁是谁的分力? (F是F1、F2的合力,F1、F2是的分力)

3、从力的作用效果看合力与分力关系? (等效替代)

【板书】合力与分力:一个力,如果它产生的效果跟其他几个里共同产生的效果相同,这个力就叫那几个力的合力,原来的几个力叫做分力

合力与分力的关系:等效替代

4、F是F1、F2的合力，那与F1、F2、大小关系怎样?(引入下个问题)

活动3【活动】（二）力的合成

1、学生回答下列问题

(1)、什么叫力的合成?

【板书】(求几个力的合力的过程,叫力的合成)

(2)、什么是共点力?

【板书】(如果几个力都作用在物体上的同一点,或者它们的作用线相交于同一点,这几个力叫做共点力).

【复习】同一直线上的力的合成

1.两个力同向时,合力的大小等于两个力的大小之和,其方向跟这两个力的方向相同。

2.两个力反向时,合力的大小等于两个力的大小之差,其方向跟较大的力的方向相同。

活动4【活动】【实验探究一】评论（0）

如果是两个互成角度的力合成,合力的大小等于两个力的代数和吗?

请同学们花一点时间探讨,并提出实验方案,请大家注意这几个问题:

1.怎样起到等效替代?

2.如何记录,记录什么?

3.实验步骤?

【学生讨论】:不管用一个弹簧秤还是两个同时拉都要拉到同一位置。

记录两个分力的大小和合力的大小步骤在投影仪上给每一位学生演示

【做实验】:

【得出结论】互成角度的二力合成时,合力的大小并不等于两个力的代数和或者是代数差。问:那究竟有什么样的规律呢?引出探究二

活动5【活动】【实验探究二】

引导:初中我们研究直线上的二力合成,怎样记录力的方向?刚才的实验我们可能忽略了力的方向,是不是还要记录力的方向呢?

【问】既然要记录力的大小还要记录力的大小,那我们如何表示力呢?(力的图示)

【问】如何记录力的方向呢?(两点确定一条直线)

【解释】我们用力的图示的方法,就可以从研究合力与分力的关系进展到研究三条有向线段的关系,那么就可以从抽象到形象,构建数学模型。

【问】那么怎么研究三条有向线段的关系呢?想想初中我们用到的方法?(辅助线)可以把这三条有向线段的末端连起来,得到了一个四边形。

【猜想】这是个什么四边形?如何证实你的猜想呢?讨论实验方案,实验步骤?

读出F1、F2为两个已知分力的大小,并记录两个分力方向,再用一支弹簧秤把橡皮条拉长到同一点,读数为合力F大小(两次力的作用效果相同),记录方向。画出各个力的图示,就能研究出力F与力F1、F2的关系.

(学生也可能提出其他方案)

一个同学到前面和老师一起演示,其他同学观看实验操作步骤。

实验操作步骤:

(1).用图钉把白纸钉在方木板上.

(2).用图钉把橡皮条的一端固定在A 点,橡皮条的另一端拴上两个细绳套.

(3).用两只弹簧秤分别钩住细绳套,互成角度地拉橡皮条,将结点拉到某一位置O,用铅笔记下O点的位置及此时两条细绳套的方向,记录两弹簧秤的示数.

(4).用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线,按选定的标度作出F1、F2的图示。

(5).用一只弹簧秤钩住细绳套,把橡皮条的结点拉到同样的位置O,记下弹簧秤的读数和细绳的方向,按选定的标度沿记录的方向作拉力F的图示.

为了减少误差,实验时要注意:

(1).正确选取弹簧秤.先将弹簧秤调零,再将两只弹簧秤钩好后对拉,

若两秤在拉的过程中,读数相同,则可选;若不同,应另选,直至相同为止.

(2).拉动时,弹簧秤应保持与木板平行,在不超过弹性限度的条件下,应使拉力尽量大一些.

(3).实验中两分力F1、F2的夹角不要取的太大.

(4).在同一次实验中,橡皮条拉长的结点O位置一定要相同.

(5).读数时要正视,按有效数字正确读数和记录.

(6).作图时,应选定恰当的标度,尽量把图画大些,但也不能画出纸外。

实验数据分析猜想:(想象、推理能力培养)

(1)合力F是否能用F1、F2的代数和表示?(观察并计算)

(2)用虚线连接F1、F2及力F的末端点并观察图示,有什么发现?(方法提示)

(3)利用三角板以力F1、F2为邻边做平行四边形,画出其对角线F′,看力F、F′是否重合?

(4)若没有实验误差F′和F应该怎样.即实验结论:(逻辑推理、想象)

展示探究结论:

力的平行四边形定则:求两个共点力的合力时,可分别用表示这两个力的有向线段F1和F2为邻边做平行四边形,这两个邻边之间的对角线就是合力的大小和方向,这就是平行四边形定则.

力的合成平行四边形定则适用于共点力的合成。

推广:

平行四边形定则时所有矢量普遍的一条运算法则。比如:位移、速度、加速度等。

活动6【活动】【小结】

通过生活现象感悟合力与分力,知道等效代替是物理中研究问题的一种方法.

活动7【练习】【作业】

1.课本“问题与练习”第1.

2.题

2[课后思考]我们现在已经知道如何求解两个力的合力,那我们该如何求解三个以及三个以上的力的合力呢?