探究求合力的方法.doc

教學(xué)目標(biāo)一、知識(shí)目標(biāo)1理解力的合成和合力的概念。2掌握力的平行四邊形定則，會(huì)用作圖法求共點(diǎn)力的合力。3進(jìn)一步得出和理解合力的大小與分力間夾角的關(guān)系。二、能力目標(biāo)1學(xué)會(huì)設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)、觀察實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象、探索規(guī)律、歸納總結(jié)的研究問題的方法。2培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手能力、觀察能力、分析能力、協(xié)作能力、創(chuàng)新思維能力。三、德育目標(biāo)學(xué)會(huì)應(yīng)用等效代替的思維方法。體會(huì)探究的意義和合作的價(jià)值重點(diǎn)：1通過實(shí)例理解分力、合力、力的合成的概念。2通過實(shí)驗(yàn)探索“力的合成”所遵循的法則。難點(diǎn)：“平行四邊形定則”的理解。教學(xué)建議一、共點(diǎn)力概念講解的教法建議關(guān)于共點(diǎn)力的概念講解時(shí)需要強(qiáng)調(diào)不僅作用在物體的同一點(diǎn)的力是共點(diǎn)力，力的作用線相交于一點(diǎn)的也叫共點(diǎn)力。注意平行力于共點(diǎn)力的區(qū)分（關(guān)于平行力的合成請(qǐng)參考擴(kuò)展資料中的“平行力的合成與分解”），教師講解示例中要避開這例問題，也可以借用教材的圖例自主學(xué)習(xí)，略將點(diǎn)撥。二、關(guān)于矢量合成講解的教法建議本課的重點(diǎn)是通過實(shí)驗(yàn)歸納出力的平行四邊形法則，這同時(shí)也是本章的重點(diǎn)。由于學(xué)生剛開始接觸矢量的運(yùn)算方法，在講解中需要從學(xué)生能夠感知和理解的日?，F(xiàn)象和規(guī)律出發(fā)，理解合力的概念，從實(shí)驗(yàn)現(xiàn)象總結(jié)出力的合成規(guī)律，由于矢量的運(yùn)算法則是矢量概念的核心內(nèi)容，又是學(xué)習(xí)物理學(xué)的基礎(chǔ)，對(duì)于初上高中的學(xué)生來(lái)說(shuō)，是一個(gè)大的飛躍，因此教學(xué)時(shí)，教師需要注意規(guī)范性，但是不必操之過急，通過一定數(shù)量的題目強(qiáng)化學(xué)生對(duì)平行四邊形定則的認(rèn)識(shí)。由于力的合成與分解的基礎(chǔ)首先是對(duì)物體進(jìn)行受力分析，在前面力的知識(shí)學(xué)習(xí)中，學(xué)生已經(jīng)對(duì)單個(gè)力的分析過程有了比較清晰的認(rèn)識(shí)，在知識(shí)的整合過程中，教師可以通過練習(xí)做好規(guī)范演示。三、關(guān)于作圖法求解幾個(gè)共點(diǎn)力合力的教法建議1在講解用作圖法求解共點(diǎn)力合力時(shí)，可以在復(fù)習(xí)力的圖示法基礎(chǔ)上，讓學(xué)生加深矢量概念的理解，同時(shí)掌握矢量的計(jì)算法則。2注意圖示畫法的規(guī)范性，利用隨堂實(shí)驗(yàn)內(nèi)容進(jìn)行教學(xué)。教學(xué)方法：實(shí)驗(yàn)探索法、啟發(fā)式教學(xué)、歸納分析法。F2F1FOOA教學(xué)用具：平行四邊形定則演示器、鉤碼、三角板、方木板、白紙、彈簧秤（兩個(gè)）、橡皮條、細(xì)繩兩條、刻度尺、圖釘（幾個(gè)）。課時(shí)安排：1課時(shí)教學(xué)過程一、導(dǎo)入新課如圖甲，一個(gè)人用力F可以把一桶水慢慢地提起，圖乙是兩個(gè)人分別用F1、F2兩個(gè)力把同樣的一桶水慢慢地提起。那么力F的作用效果與F1、F2的共同作用的效果如何？學(xué)生：效果是一樣的。老師：一個(gè)力產(chǎn)生的效果跟幾個(gè)力共同產(chǎn)生的效果相同，在實(shí)際問題中就可以用這個(gè)力來(lái)代替那幾個(gè)力，這就是力的等效代替。這個(gè)力就叫做那幾個(gè)力的合力。求幾個(gè)已知力的合力的過程叫做力的合成。幾個(gè)力如果都作用在物體的同一點(diǎn)，或者它們的作用線相交于一點(diǎn)，這幾個(gè)力叫做共點(diǎn)力。我們這節(jié)課先來(lái)學(xué)習(xí)兩個(gè)共點(diǎn)力的合成。二、新課教學(xué)（一）探討實(shí)驗(yàn)方案以橡皮筋為對(duì)象，先用兩個(gè)力作用在它的同一點(diǎn)上，使它們產(chǎn)生一定的作用效果（伸長(zhǎng)），如把橡皮筋一端固定，拉加一端到某一點(diǎn)O，力作用于同一物體的同一點(diǎn)上，讓它產(chǎn)生與第一次的兩個(gè)力的作用效果相同，即也把橡皮筋拉到點(diǎn)O，記下各個(gè)力的大小、方向、畫出力的圖示，就能研究力之間的關(guān)系了。等效代替是物理中常用的一種方法。由小組討論或參考實(shí)驗(yàn)冊(cè)后某組復(fù)述下述的實(shí)驗(yàn)方案：（1）把放木板固定在黑板上，用圖釘把白紙固定在木塊上。（2）用圖釘把橡皮條一端固定在A點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)自然狀態(tài)在O點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)上系著細(xì)繩，細(xì)繩的另一端系著繩套。（3）用兩彈簧秤分別勾住繩索，互成角度地拉橡皮條，使結(jié)點(diǎn)到達(dá)O點(diǎn)。讓學(xué)生記下O的位置，用鉛筆和刻度尺在白紙上從O點(diǎn)沿兩條細(xì)紙的方向畫線，并分別記下兩只彈簧的讀數(shù)F1和F2。（4）放開彈簧秤，使結(jié)點(diǎn)重新回到O點(diǎn)，再用一只彈簧秤，通過細(xì)繩把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到O，讀出彈簧秤的示數(shù)F，記下細(xì)繩的方向，按同一標(biāo)度作出F1、F2和F的力的圖示。（二）指導(dǎo)學(xué)生進(jìn)行分組實(shí)驗(yàn)觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況，數(shù)據(jù)處理，要求操作的規(guī)范，遵從實(shí)驗(yàn)結(jié)果，盡量把誤差減小到最小。邊示范邊操作。（三）圖示處理：先把兩分力的箭頭連線看看用三角板以F1、F2為鄰邊利用刻度尺和三角尺作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線，做出合力F的圖示。仔細(xì)觀察發(fā)現(xiàn)，F(xiàn)和F基本重合，在誤差范圍內(nèi)，F(xiàn)幾乎是F1、F2為鄰邊的平行四邊形的對(duì)角線。要求同學(xué)用平行四邊形法則作出F1與F2的合力，與實(shí)際合力對(duì)照，相距多遠(yuǎn)，差距大不大。（四）修正并重做實(shí)驗(yàn)如果在實(shí)驗(yàn)中，對(duì)角線與合力相距比較遠(yuǎn)，那就找一找原因，是否有錯(cuò)誤操作，即使操作完全正確，也會(huì)有實(shí)驗(yàn)誤差，也不會(huì)完全重合。這種情況很正常，一個(gè)規(guī)律的得出要很多人在很長(zhǎng)時(shí)間里，進(jìn)行許多此實(shí)驗(yàn)才總結(jié)出來(lái)，并不是一次實(shí)驗(yàn)就能得到。減小誤差的方法：彈簧秤使用前要檢查指針是否指在零點(diǎn)；彈簧秤要與木板表面平行。（五）實(shí)驗(yàn)歸納總結(jié)：經(jīng)過前人很多次的、精細(xì)的實(shí)驗(yàn)，最后確認(rèn)，對(duì)角線的長(zhǎng)度、方向、跟合力的大小、方向一致，即對(duì)角線與合力重合，也就是說(shuō)，對(duì)角線就表示F1、F2的合力。老師歸納：求兩個(gè)共點(diǎn)力的合力時(shí)，不是簡(jiǎn)單的將兩個(gè)力相加減，而是用表示兩個(gè)力的有向線段F1和F2為鄰邊作平行四邊形，這兩鄰邊之間的對(duì)角線就表示合力F的大小和方向，這就是力的平行四邊形定則?？偨Y(jié)：可見互成角度的兩個(gè)力的合成，不是簡(jiǎn)單的兩個(gè)力相加減，而是用表示兩個(gè)力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩鄰邊之間的對(duì)角線就表示合力的大小和方向。這就要平行四邊形定則。以后我們還要利用這個(gè)定則進(jìn)行速度、加速度等的合成，只要是矢量的合成、就遵從平行四邊形定則。1力的合成要遵循平行四邊形定則。兩個(gè)共點(diǎn)力的合力隨夾角的變化而變化。夾角為00（作用在同一直線上且方向相同）時(shí)：F=F1+F2，F(xiàn)的方向與F1、F2的方向相同。夾角為1800（作用在同一直線上且方向相反）時(shí)：F=|F1-F2|，F(xiàn)的方向與兩個(gè)力中較大的那個(gè)力方向相同。兩個(gè)共點(diǎn)力的合力的大小范圍：大于等于二力之差，小于等于二力之和，即|F1-F2|FF1+F2。2兩個(gè)大小一定的力F1、F2，當(dāng)它們間的夾角由00增大到1800的過程中，夾角越大，合力就越?。缓狭赡艽笥谀骋环至?，也可能小于某一分力。3矢量和標(biāo)量：即有大小又有方向的物理量叫矢量，矢量運(yùn)算遵循平行四邊形定則。只有大小沒有方向的物理量叫標(biāo)量，標(biāo)量運(yùn)算遵循代數(shù)運(yùn)算法則。力既有大小，又有方向，故力是矢量。4實(shí)驗(yàn)歸納法是科學(xué)研究的重要方法，要通過提出假設(shè)，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)研究，數(shù)據(jù)分析，歸納總結(jié)，形成結(jié)論。擴(kuò)展資料力的合成求幾個(gè)已知力的合力。力的合成遵循平行四邊形定則，不能認(rèn)為“合力總比分力大”，兩個(gè)共點(diǎn)力的合力大小為：。可見，合力F與二分力F1和F2的夾角有關(guān)，即：|F1-F2|FF1+F2。在矢量合成中，一定要注意拋棄“1+12”的算術(shù)運(yùn)算法則。在力的合成時(shí)，如果已知兩個(gè)分力的大小、方向四個(gè)因素，求合力的大小、方向兩個(gè)因素，只有一組解；如果已知一個(gè)分力的大小、方向和另一分力的方向（或大?。┤齻€(gè)因素，求合力，則可有無(wú)數(shù)多解；如果只已知兩個(gè)分力的大小（或方向）兩個(gè)因素，求合力，也是無(wú)數(shù)多解。合力是一種“等效力”。在物理學(xué)中，運(yùn)用“等效”概念研究問題是一種重要方法，但在解力學(xué)問題時(shí)，要注意利用力的等效合成概念，使問題便于解決。但在分析物體受力情況時(shí)，我們只能分析物體實(shí)際所受的力，不能加上“合力”這樣的等效力，如當(dāng)物體沿光滑斜面下滑時(shí)，我們只能說(shuō)，物體受到重力和斜面彈力的作用，而不能說(shuō)還受到一個(gè)下滑力，因?yàn)橄禄κ侵亓蛷椓Φ暮狭Γ恰暗刃А绷?。是合力為零還是沒有合力？在物體的受力分析中，常常會(huì)聽到“合力為零”和“沒有合力”這樣的力學(xué)術(shù)語(yǔ)?！昂狭榱恪迸c“沒有合力”是否是一回事？下面我們就一具體例子來(lái)加以說(shuō)明。如圖所示，一放在光滑水平面上的剛體受到了一力偶（F1，F(xiàn)2）的作用，剛體質(zhì)心為C。試問，作用在剛體上的合力情況如何？好多人認(rèn)為，剛體在豎直方向處于平衡狀態(tài)，水平方向又僅受一力偶作用，故作用在剛體上的合力為零。其實(shí)這樣說(shuō)法是不妥的，甚至是錯(cuò)誤的。要說(shuō)明此問題，只需讓我們回憶一下合力的定義即可。定義說(shuō)：“如果一個(gè)單力作用在物體上所產(chǎn)生的效果跟幾個(gè)力同時(shí)作用的效果相同。這個(gè)單力就叫做那幾個(gè)力的合力，而那幾個(gè)力就叫做這個(gè)單力的分力”。從上述定義可知，所謂“合力”完全是一個(gè)“等效”概念，即“合力”是以一個(gè)“等效”的單力來(lái)定義的。 這里的等效實(shí)際上應(yīng)包括受力對(duì)象不變，力的性質(zhì)不變和力的作用效果不變，而其中以力的作用效果不變尤為重要。力的作用效果又應(yīng)分為平動(dòng)效果、轉(zhuǎn)動(dòng)效果和形變效果三種。對(duì)于剛體而言，第三種形變效果可不予考慮。對(duì)照題設(shè)剛體，不難知道，在一力偶作用下，它將只作平面轉(zhuǎn)動(dòng)，或者說(shuō)力偶對(duì)剛體只有轉(zhuǎn)動(dòng)的作用效果。那么，根據(jù)合力的定義，設(shè)想有哪一個(gè)單力作用在此剛體上而能使剛體只產(chǎn)生同樣轉(zhuǎn)動(dòng)的效果呢？顯然，此力是不存在的。原因是單個(gè)力作用在則體（除質(zhì)心外）上既要產(chǎn)生平動(dòng)效果又要產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)效果。力偶是一個(gè)特殊力系，在任何情況下，它都不能與一個(gè)單力等效，也不能被一個(gè)單力平衡。理論力學(xué)中，類似的問題也只是稱“主矢量為零”，“主力矩不為零”，而決不是說(shuō)“合力為零”的。認(rèn)為“合力為零”，事實(shí)上已承認(rèn)了合力的存在，因?yàn)槿缟纤?，合力概念在?shí)質(zhì)上代表的是一個(gè)單力。既然是單力，它就應(yīng)該滿足力的三要素，即具有大小、方向和確定的作用點(diǎn)