学生实验优秀公开课教案

验证力的平行四边形定则教学设计

一、教材分析

本章是高中力学基础，等效思想，平行四边形定则既是这一章的重点，又是难点。矢量的运算法则，是矢量概念的核心内容，又是学习物理学的基础，同时，平行四边形的验证过程，

对培养学生严谨的科学态度和科学思维方法也有很重要的作用。教材是通过演示实验说明合力与分力的等效代替性质，比较直观，容易接受。而演示生活中常见的几

种现象（提水、拉伸弹簧等等），可以使学生对“等效代替”思想有更深入的体验。教材中对于“力的平行四边形定则”的得出让学生自己动手设计出实验方案，以

探究教学方法来引导学生去寻找共点力与其合力的关系，最终发现结论。通过分小组探究、互相交流的形式进行教学，学生在探究过程中不仅掌握知识，而且培养能

力，领悟科学研究的魅力和精髓之所在。

二、学生分析

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。

三、教学目标

一）、知识目标：

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。

2．初步运用力的平行四边形定则求解共点力的合力；能从力的作用效果理解力的合成、合力与分力的概念。

3．会用作图法求解两个共点力的合力；并能判断其合力随夹角的变化情况，掌握合力的变化范围，会用直角三角形知识求合力。

二）、能力目标：

4．能够通过实验演示归纳出互成角度的两个共点力的合成遵循平行四边形定则；

5．培养学生动手操作能力、物理思维能力和科学态度、观察能力、分析能力、协作能力、创新思维能力、表达能力。

6．培养学生设计实验、观察实验现象、探索规律、归纳总结的研究问题的方法的能力。

三）、情感目标：

7．培养学生的物理思维能力和科学研究的态度。

8．培养学生热爱生活、事实求是的科学态度，激发学生探索与创新的意识。

9．培养学生合作、交流、互助的精神。

四、教学过程

1、实验目的

(1) 验证两个力合成时的平行四边形定则。

(2) 通过验证力的平行四边形定则，培养用图象法处理实验数据并得出结论的能力。

2、实验原理

根据合力与分力等效，先测出发生某形变时的两拉力F1、F2的大小和方向，根据平行四边形定则作出力F1和F2的合力F的图示；再测出用一个拉力F '作用时发生同样形变时的大

小和方向，作出F '的图示。比较F与F '的大小和方向是否在实验允许误差内相同，以验证互成角度两个力合成时的平行四边形定则。

3、实验器材

方木板、白纸、弹簧测力计（两只）、橡皮条、细绳套（两个）、三角板、刻度尺、图钉（几枚）、铅笔。

4、实验装置

实验装置如图所示。

5、实验步骤

（1）用图钉把白纸固定在水平桌面的方木板上．

（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）用两只弹簧测力计分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点接到某一位置O，记下两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两条细绳套的方向。

（4）用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧测力计的读数F1、F2的图示，并以F1和F2为邻边用作平行四边形，过O点画出平行四边形的对角线，即为合力F的图示。

（5）只用一只弹簧测力计钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计读数F '和细绳的方向，用刻度尺从O点按同样标度沿记录的方向作出这只弹簧测力计的拉力F '的图示。

（6）比较力F '与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，在实验误差允许范围内是否相同，得出结论。

（7）改变两个力F1、F2的大小和夹角，再重复实验两次。

6、数据处理 (1) 理论值：在白纸上按比例从O点开始作出两个弹簧测力计的拉力F1和F2的图示，利用刻度尺和三角板根据平行四边形定则求出合力F。

(2) 测量值：按同样的比例用刻度尺从O点起作出一个弹簧测力计拉橡皮条时拉力F′

的图示。

(3) 相比较：比较F′与用平行四边形定则求得的合力F在实验误差允许的范围内是否相等。

7、注意事项

（1）正确使用弹簧测力计

①

本实验中弹簧测力计在使用前将其水平放置，然后检查、校正零点；将两只弹簧测力计钩好后水平对拉，选择在拉伸过程中读数相同的两只弹簧测力计。

②

使用时应使弹簧测力计与板面平行，被测力的方向与弹簧测力计轴线一致，读数时应正对、平视刻度。

③在满足合力不超过弹簧测力计量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力适当大些。

（2）规范实验操作

①

在同一次实验中，使橡皮条拉长时结点O的位置一定要相同。

②

细绳套应适当长一些，便于确定力的方向．不要直接沿细绳套的方向画直线，应在细绳套末端用铅笔画一个点，取掉细绳套后，再将所标点与O点连一直线确定力的方向。 ③

在同一次实验中，作力的图示时，应该选定相同的标度，并且要选取恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大面画出纸外，要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力。

④

由作图法得到的F和实际测量得到F '的不可能完全符合，但在实验误差允许范围内可认为F和F '符合即可。

8、误差分析

（1）误差来源：

本实验误差的主要来源除弹簧测力计本身的误差外，还出现读数误差，作图误差等．[来源:学,科,网Z,X,X,K]

（2）减小误差的方法：

①实验过程中读数时眼睛一定要正视弹簧测力计的刻度，要按有效数字和弹簧测力计的精度正确读数和记录．

②作图时用刻度尺借助三角板，使表示两力的对边一定要平行．两个分力F1、F2之间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差△F也越大，所以实验中不要把θ取得太大，但也不要太小，以60°~100°为宜．做图时选取恰当的标度尽量使图画得大一些．

五、重难点例析

1、实验原理的理解

把实验中得到的两个分力利用平行四边形定则作图得到的合力，是理论上的合力；用一个力拉时该力的效果与两个力拉的效果相同，是实际的合力．本实验验证的就是按平行四边形定则求得的合力与实际的合力，在误差允许范围内是否一致。

名师点睛

（1）要正确选好实验器材，必须理解实验原理和方法。

（2）本实验中要弄清“两个合力”：用一个弹簧测力计也拉到O点时的拉力F '为实验测出的合力，而用平行四边形定则作出的力F1和F2的合力F为理论的合力，其中F '必与沿OA方向，而F不一定沿沿OA方向，通常会偏离沿OA方向。

例1、在做“验证力的平行四边形定则”实验时：

（1）除已有的器材（方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、刻度尺、图钉和铅笔）外，还必须 和 。

（2）要使每次合力与分力产生相同的效果，必须（ ）

A．每次橡皮条拉到相同的位置

B．每次都把橡皮条拉直

C．每次准确读出弹簧测力计的示数

D．每次记准细绳的方向

（3）某同学在某次实验中的实验结果如图所示，

其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳结点的位置。图中 是力F1与F2的合

力的理论值； 是力F1与F2的合力的实验值．通过把 和 进行比较，验证平行四边形定则。

例2、如图所示是两位同学在研究“共点力的合成”时得到的实验结果，若F '为一个弹簧测力计也拉到O点时的拉力，F为F1和F2的合力．根据实验要求的符号表示各个力，则可判定其中______同学表示的实验结果是尊重实验事实的．在符合实验结果中，若F '是准确的，且F '> F ，则误差较大的原因可能是哪些？

2、实验步骤的分析与判断

本实验中需要记录的有：①用两个测力计拉细绳套使橡皮条伸长，绳的结点到达某位置O点时，要记录结点O的位置、两测力计的示数F1、F2和两测力计所示拉力的方向；②用一个测力计重新将结点拉到O点时，弹簧测力计的拉力大小F及方向。

名师点睛

实验问题的处理方法常常是根据实验原理的要求选择器材，安排合理的操作步骤，只要懂实验原理，处理问题就不难了，所以实验前后都必须弄清楚实验原理。

例3、在“验证力的平行四边形定则”的实验中，其中的三个实验步骤如下：

（1）在水平放置的木板上垫一张白纸，把橡皮条的一端固定在木板上，另一端拴两根细绳，通过细绳同时用两个测力计互成角度的拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上记下O点和两测力计的读数F1和F2. （2）在纸上根据F1和F2的大小，选择合适的标度，应用平行四边形定则求出合力F。

（3）只用一只测力计通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两测力计拉时相同，记下此时测力计的读数F'和细绳的方向。

以上三个步骤中均有错误或疏漏，请指出来。

（1）中是 ．

（2）中是 ．

（3）中是 ．

课堂小测

1、在验证“力的平行四边形定则”的实验中，橡皮条的一端固定在木板上，用两个弹簧测力计把橡皮条的另一端拉到某一确定的O点，以下操作中错误的是

（ ）

A．同一次实验过程中，O点的位置允许变动

B．实验中，弹簧测力计必须保持与木板平行，读数时视线要正对弹簧测力计刻度

C．实验中，先将其中一个弹簧测力计沿某一方向拉到最大量程，然后只需调节另一弹簧测力计的大小和方向，把橡皮条的另一端拉到O点

D．实验中，把橡皮条的另一端拉到O点时，两个弹簧测力计之间夹角应取90°，以便于算出合力大小 2、下列关于“验证力的平行四边形定则”实验的说法中，正确的是（ ）

A．拉橡皮条的绳套细一些且长一些，实验效果较好

B．F1和F2的夹角尽量大一些好

C．拉橡皮条时，橡皮条、细绳和弹簧秤应贴近且平行于木板

D．橡皮条弹性要好，拉到结点O时，拉力要适当大一些

3、在“验证力的平行四边形定则”实验中，假如F1的大小及方向固定不变，那么为了使橡皮条仍伸长到O 点，对F2来说，下面几种说法中正确的是（ ）

A．F2有多个方向

B．F2的方向和大小可以有多个值

C．F2的方向和大小有唯一值

D．F2的方向是唯一的，但大小可以有多个值

4、某学习小组在“探究力的平行四边形定则”的实验中：

(1) 其中的两个实验步骤分别是：

A．在水平放置的方木板上固定一张白纸，用图钉把橡皮条的一端固定在方木板上，另一端拴上两个绳套，通过细绳同时用两个弹簧测力计(弹簧测力计与方木板平面平行)互成角度地拉橡皮条，使它与细绳的结点到达某一位置O点，在白纸上用铅笔记下O点的位置和读出两个弹簧测力计的示数F1和F2

B．只用一只弹簧测力计，通过细绳拉橡皮条，使它的伸长量与两个弹簧测力计拉时相同，读出此时弹簧测力计的示数F′和记下细绳的方向。请指出以上步骤中的错误或疏漏：

A中是__________________________________________，

B中是____________________________________。[

(2) 该学习小组纠正了(1)中的问题后，某次实验中两个弹簧测力计的拉力F1、F2已在图中画出，图中的方格每边长度表示2N，O点是橡皮条的结点，请用直角三角板严格作出合力F的图示，并求出合力的大小为______________N。

(3) 乙图是马诗雨同学在白纸上根据实验结果作出的力的示意图，F和F′中________是F1和F2合力的实际测量值。

5、将橡皮筋的一端固定在A点，另一端拴上两根细绳，两根细绳分别连着一个量程为5 N、最小刻度为0.1 N的弹簧测力计，当橡皮筋的活动端拉到O点时，两根细绳相互垂直，如下图所示，这时弹簧测力计的读数可从图中读出。

(1) 由图中可读得两个相互垂直的拉力大小分别是______ N和______ N。(只需读到0.1 N) (2) 在本题的方格纸上按作图法的要求画出这两个力及它们的合力。