学生实验教学设计(教案)

3.4 力的合成教学设计

教材分析：

“力的合成”

内容主要包括：分力合力及力的合成的概念；平行四边形定则及其适用条件。本节课在力学里占有重要的地位，是学习力学进行受力分析的基础，

“力的合成”这一节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，具有重要的地位。这节课的教学，我采用了探究式的教学方法，这符合新课程改革的理念，利于学生探究能力的加强，便于学生的可持续发展。培养学生收集信息，处理信息，分析论证的能力，养成实事求是的科学态度和良好的合作习惯。

学生分析：

学生在前面刚刚学习了重力、弹力、摩擦力，对事物的受力有了一定得认识，和初中相比，对知识有了更深刻的理解和认识，会画力的图示，具有定的探究能力。采用实验探究的学习方式，让学生经历实验探究的过程，激发起他们学习物理的热情。

教学目标：

1.从力的等效性理解合力和分力的概念；初步体会等效替代的物理思想。

2.能够通过实验，探究求合力的方法——力的平行四边形定则；会用作图法求共点力的合力。

3.知道合力的大小和分力夹角的关系。

4.通过探究教学，使学生领悟物理学中常用的实验、探索、规律总结等科学研究的方法，激发学生对科学的热情。

教学重点：

1.

从力的等效性理解合力和分力的概念

2.

通过实验探究，归纳、总结力的平行四边形定则

教学难点：

引导学生进行实验探究方案的设计与实施．

教学方法：实验探究法、合作探究法。

教学手段：

1

多媒体展示，学生分组实验，教师演示实验。

实验器材：

学生分组实验器材：木板、白纸、图钉(若干)、橡皮筋、细绳套(两根)、弹簧秤(两只)、三角板、铅笔、橡皮．

教师演示实验器材：重锤、细绳套(两根)、弹簧秤(两只)、自制教具（分力一定，探究合力与分力夹角之间的关系）

新课导入：

课件展示曹冲称象图片，找同学讲述曹冲称象的具体方法，提问：为什么曹冲能用称石头的方法称出大象的重量呢？采用了怎样的思维方式？从而引出“等效替代”的思想，等效替代是一种重要的物理方法。本节课我们将利用这种方法来探究力的合成。

教学过程：

一：力的合成

【生活实例】

两个小孩可以把一桶水提起来，静止在空中；一个大人同样能把一桶水提起来，静止在空中。

【实例分析】

一个大人对水桶施加的力产生的作用效果和两个小孩施加的两个力的作用效果是相同的，它们之间是可以相互替代的。

可见，当一个物体受到几个力的共同作用时总可以找到一个力来等效替代它们。物理学中就把这个力叫做那几个力的合力。原来的那几个力叫做分力，求几个力的合力叫做力的合成。

【知识回顾】

初中时，我们已经探究过同一直线上二力的合成。找学生回顾两个力方向相同时如何求合力？两个力方向相反时如何求合力？

（当两个力同向时，合力等于这两个力的大小之合，即F=F1+F2，合力方向与

2

这两个力的方向相同。当两个力反向时，合力等于这两个力的大小之差，即F=F1-F2。合力的方向和较大的那个力力的方向相同。）

【知识过渡】

很多情况下，各个作用力并不都在同一直线上。互成角度的两个力的合力的大小等于两个分力之和吗？引发认知冲突，激发学生探究。

教师用两只弹簧秤互成一定角度提起一个重物，分别读出两只弹簧秤的读数。然后用一只弹簧秤提起这个物体，读出此时弹簧秤的读数。

引导学生得出结论：两只弹簧秤的示数之和并不等于单独一只弹簧秤的读数。

为什么会出现这样的情况呢？可能与什么因素有关？对了，弹簧秤的方向，也就是说，我们只考虑力的大小还不够，还需要考虑力的方向。

进一步启发学生：力的合成并不是简单地相加减，它们之间的关系到底是怎样的呢?请学生设计一个实验来探究合力和分力的关系。

【设计实验方案】

课前将学生分成小组，为每个小组提供实验器材：木板、白纸、图钉(若干)、橡皮筋、细绳套(两根)、弹簧秤(两只)、三角板、铅笔等。根据提供的器材，选择适当的仪器，把不需要的仪器放在一边， (这里仪器的提供可以有一些干扰器材，锻炼学生选择仪器的能力。)依据实验原理：两个力共同作用的效果和一个力单独作用效果相同。

合理选择实验器材，小组讨论设计实验方案。

让几个小组的同学介绍各自的实验器材的选择和实验方案的设计。学生讨论，教师点拨，指出各个实验方案的优点和不足，帮助他们改进、完善实验方案。

引导学生时，注意解决以下几个问题。

1、我们的研究对象是谁？

2、在这个实验中一个力与两个力的作用效果相同的标志是什么?是将橡皮筋拉伸相同的长度吗？

3、弹簧秤如何选择？如何调节？

4、如何确定两个分力的大小和方向，如何确定合力的大小和方向。

5、如何画力的图示。

多媒体展示比较完善的实验设计方案：

1、把木板放在水平桌面上,用图钉把白纸钉在木板上

2、用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上A点,橡皮条的另一端B拴上两根细绳，细绳的另外一端是绳套．

3、用两个弹簧秤分别钩住两根细绳,沿两个不同方向拉橡皮条,使橡皮条的结点B伸长到某一位置O点,记下O点的位置、两个弹簧秤的读数和两根细绳的

3

方向. 4、用一个弹簧秤钩住一根细绳,使橡皮条的结点B拉到同样位置O点,记下弹簧秤的读数和细绳的方向. 5、选定一个合适的标度,用力的图示法画出F1、F2和F的图示. 【学生分组实验】

组织学生进行分组实验，教师巡回指导，及时解决学生在实验过程中存在的问题。

画出合力和分力的图示后，建议学生把合力和分力的末端用虚线连接起来，构成一个四边形。通过几组同学的实验结果，讨论这个四边形可能是什么形状的？好像是平行四边形。

引导学生分析：如果只有一组像平行四边形那是偶然，如果多组像平行四边形那就有可能是必然了，也许力的合成的法则就和平行四边形有关。

那么如何确定这个四边形是不是平行四边形呢? 通过学生交流讨论找到验证方法：以两个分力为邻边做一个平行四边形，得到平行四边形的一条对角线。然后比较对角线和通过实验利用力的图示画出来的合力的关系。

结论：在误差范围内，对角线的长度、方向跟合力的大小、方向一致，即对角线与合力重合，也就是说，对角线就表示F1和F2的合力。

【实验总结】

两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边的对角线就代表合力的大小和方向，这个法则叫做平行四边形定则。所有矢量的合成都遵守平行四边形定则。

【注意事项】

引导学生分析本实验注意事项：

1.弹簧秤如何选择？如何调节？如何使用？怎样读数？

2.细线应该和木板保持怎样的位置关系？为什么？怎样描点才能画准力的方向？

3.从引起误差的角度考虑，两个分力的夹角是大些好，还是小些好？

4.画力的图示时，标度如何选择？

注意事项总结：

①弹簧秤在使用之前要调零，使用过程中不能超过弹簧秤的量程。

①同一实验中的两只弹簧秤的选取方法是；将两只弹簧秤勾好后对拉，若两只弹簧秤在拉的过程中，读数相同，则可选，若不同，应另换，直至相同为止，使用时弹簧秤与板面要平行。

②在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，

4

应使拉力尽量大一些，以减小误差． ③画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外．要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力．

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由作图法得到的F和实际测量得到的F’，不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为F和F’符合．

【应用1】

开始上课时，用一根线细线穿过重锤，将重锤吊起来，让细线之间的夹角不断增大，大到一定程度时细线就断了。现在我们就来解释这个现象。将细线换成结实一点的线，并连上两个弹簧秤，重做上述实验，结果发现弹簧秤的示数不断增大，并且远远大于重锤的重力，这就是细线为什么断的原因。在旅游景区经常会见到索道，就是对这一知识的很好应用，看来索道的绳索一定要足够结实才能保证游客的安全

【应用2】

划龙舟、船上撑多个帆、多驾马车、斜拉桥等都是力的合成的重要应用。

【思考与讨论】

如果两个分力的大小一定，分别为F1、F2，两个分力之间的夹角为θ，夹角

5

θ在0～180°之间发生变化时，合力F与两个分力F1、F2的夹角的关系如何？合力F与两个分力F1、F2的大小的关系如何？

利用自制的合力、分力演示装置展示，师生共同讨论得出结论：

1.当θ＝0°时，F= F1+ F2，合力F与分力F1、F2同向．

2.当θ＝180°时，F＝｜F1一F2｜，合力F与分力F1、F2中较大的力同向．

3 F1和F2大小不变时，夹角θ越大，合力就越小，F随F1和F2的夹角增大而减小

4.合力F的取值范围，｜F1一F2｜≤F≤F1+F2．

5.F可能大于、等于、小于任意一个分力。

二：共点力

指导学生阅读教材，思考并回答问题：

1．什么样的力是共点力？

2．你认为在在掌握共点力的概念是应该注意什么问题？

3．力的合成的平行四边形定则有没有适用条件，如果有，适用条件是什么？

教师巡视：

共点力的概念：如果一个物体受到两个或更多的力的作用，有些情况下这些力共同作用于同一点上，或者虽不作用于同一点，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫共点力．

1.力的合成的平行四边形定则只适用于共点力

2.物体受几个力作用而处于平衡状态，则这几个力一定是共点力．

3.共点力平衡的条件：几个力共点，且合力为零．

【课堂小结】

1、合力与分力的关系是“等效替代”。

2、通过实验探究力的平行四边形定则：不在一条直线的两个力的合成时，以表示这两个力的线段为邻边做平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。

6

3、互成角度的两个力F1和F2与合力F的关系：

1. F1、F2同向时，合力最大，合力F＝F1＋F2 2. F1、F2反向时，合力最小，合力F＝｜F1－F2｜ 3.合力的取值范围：｜F1－F2｜

≤ F合≤F1＋F2

4.合力F可能大于、等于、小于

某一个分力。

5. F1和 F2大小不变时，夹角θ越大，合力就越小，合力F随F1和F2的夹角增大而减小。

【巩固练习】

A．大小和方向都确定

B．大小确定，方向不确定

C．大小不确定，方向确定

D．大小和方向都不确定

2. F1与F2为作用在同一物体上的两个力，F1=10N，F2=8N，它们的合力大小可能是 ( ) A.19N B.18N C.10N D.2N 3.如图所示，两个共点力、F2的大小一定．夹角θ是变化的，在θ从0°逐渐增大到180°的过程中，合力F的大小变化情况为 (

)

A．逐渐增加到最大

B．从最大逐渐减小到零

C．从最大逐渐减小到最小

D．先增大后减小

4.如下图所示装置中，用一滑轮组将物体B吊起．已知当两绳的夹角为120°时，物体A和B处于静止状态，若A物体的质量为m，则B物体的质量为__________．

【课后作业】

P64问题与练习2、3题

【板书设计】

7

1.两个大小和方向都确定的共点力，其合力 (

)

力的合成

一、基本概念

1、合力：

2、分力：

3、力的合成：

二、实验探究——平行四边形定则

1、实验方案设计

2、学生进行实验操作

3、归纳实验结论：

互成角度的两个力的合成时 ,以表示这两个力的线段为邻边作的平行四边形,这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向. 4、讨论实验注意事项

三、拓展应用：

1、多力的合成：多次运用平行四边形法则

2、合力与分力夹角的关系

四、小结：

8