2020版高中物理（新教材）人教必修第1冊：(教案)力的合成和分解

力的合成和分解【教學(xué)目標(biāo)】一、知識與技能1．理解合力、分力、力的合成、共點力的概念。2．理解合力與分力的等效性。3．掌握平行四邊形定則的內(nèi)容，會用它求兩個分力的合力。4．通過平行四邊形定則進(jìn)一步理解合力與分力的大小關(guān)系。5．理解分力的概念，知道分解是合成的逆運算。6．會用平行四邊形定則進(jìn)行作圖并計算。7．掌握根據(jù)力的效果進(jìn)行分解的方法。二、過程與方法：1．通過學(xué)習(xí)合力和分力的概念，了解物理學(xué)常用的方法——等效替代法。2．經(jīng)歷應(yīng)用探究實驗的方法來研究共點力合成的平行四邊形定則。三、情感態(tài)度與價值觀：1．在探究求合力的實驗過程中，培養(yǎng)學(xué)生嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度和團結(jié)合作精神。2．培養(yǎng)學(xué)生將物理知識應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實踐的意識?！窘虒W(xué)重難點】教學(xué)重點：1．合力與分力的關(guān)系。2．得出平行四邊形定則的探究過程。3．平行四邊形定則的應(yīng)用。教學(xué)難點：從代數(shù)求和到矢量求和的思維跨越?！窘虒W(xué)過程】一、導(dǎo)入新課思考：如圖放在地面上的小車受到四個力的作用，你能判斷它將向哪個方向運動嗎？教師總結(jié)：用一個力的單獨作用替代以上四個力的共同作用，而效果不變，上述問題就迎刃而解了。這就是我們要講的力的合成。出示動畫：小車受四個力的作用和一個力的作用時的運動。二、講授新課（一）共點力的合成1．共點力：幾個力如果都作用在物體的同一點，或者它們的作用線相交于一點，這幾個力叫作共點力。2．合力和分力看下面圖片說一說你觀察到了什么？由此可得出什么結(jié)論？ 水桶所受拉力示意圖吊燈所受拉力示意教師總結(jié)：兩個小孩分別用力F1、F2共同提著一桶水和一個大人單獨用力F提著這桶水，都能產(chǎn)生讓水桶保持靜止的效果。用拉力為F的一根線懸掛吊燈和用拉力分別為F1、F2兩根線懸掛吊燈都能產(chǎn)生使吊燈保持靜止的效果。結(jié)論：由于F產(chǎn)生的效果和F1、F2產(chǎn)生的效果相同，所以F是F1、F2的合力，F(xiàn)1和F2是F的分力。（1）合力：假設(shè)一個力單獨作用的效果跟某幾個力共同作用的效果相同，這個力就叫作那幾個力的合力。出示圖片：一個大人和兩個小孩提水（2）分力：假設(shè)幾個力共同作用的效果跟某個力單獨作用的效果相同，這幾個力就叫作那個力的分力。（二）力的合成1．力的合成：在物理學(xué)中，我們把求幾個力的合力的過程叫作力的合成；2．同一直線二力合成出示動畫：同一直線二力合成教師總結(jié)：思考：互成角度的兩個共點力，如何得到合力的大小和方向呢？互成角度的兩個共點力還是簡單的加減嗎？有沒有什么可遵守的規(guī)律嗎？實驗：探究兩個互成角度的力的合成規(guī)律1．實驗?zāi)康奶骄糠至εc合力的關(guān)系，尋找求合力的方法。2．實驗原理合力的作用效果與幾個分力共同作用的效果相同。3．實驗器材方木塊、白紙、彈簧稱（兩個）、橡皮條、細(xì)繩、三角板、刻度尺、圖釘4．實驗步驟（1）在桌面上固定一個貼有白紙的方木板，用圖釘把橡皮筋的一端固定在板上靠近頂端中點的A點，在橡皮筋的另外一端拴上兩條細(xì)繩，細(xì)繩的另外一端是繩套。出示圖片（2）用彈簧秤分別鉤住繩套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸長，結(jié)點達(dá)到某一位置Ｏ。出示圖片（3）用鉛筆從Ｏ點沿著兩繩的方向畫直線，作出兩個力F1和F2的圖示。（4）只用一只彈簧秤，通過細(xì)繩把橡皮筋的結(jié)點拉到相同的位置Ｏ點，讀出彈簧秤的示數(shù)，記下細(xì)繩的方向，作出這個力F的圖示。研究這三個力的大小及方向的關(guān)系。出示圖片實驗注意事項：①彈簧秤使用前要先調(diào)零；②彈簧秤拉長方向和所測拉力方向應(yīng)保持與木板平行；③彈簧、指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位卡發(fā)生磨擦。出示：力的合成的平行四邊形定則視頻5．實驗結(jié)論兩個力的合成教師總結(jié)：實驗表明，在兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向。這個規(guī)律叫作平行四邊形定則。注意：作圖要準(zhǔn)確，兩個分力F1、F2和合力F要畫成實線并標(biāo)有箭頭，平行四邊形的另外兩條平行線必須畫成虛線。思考與討論1：觀察下面不同角度下F1、F2合力，由此可得出什么結(jié)論？由此可推斷合力什么時候最大，什么時候最小?合力的范圍如何？教師總結(jié)：①互成角度的二個共點力如果保持大小不變，它們的合力將隨夾角的增大而減??；②合力有可能大于或小于或等于任何一個分力。③F1、F2同向合力最大，反向合力最小。④合力大小范圍︱F1-F2︱≤F≤F1+F2思考討論2：如果兩個以上的共點力作用在一個物體上，怎樣應(yīng)用平行四邊形定則求出它們的合力？先求出任意兩個力的合力，再求出這個合力跟第三個力的合力，直到把所有的力都合成進(jìn)去，最后得到的結(jié)果就是這些力的合力。（三）力的分解1．力的分解：在物理學(xué)中，我們把求一個力的分力的過程叫作力的分解。思考討論1：如果上述實驗中，先只用一只彈簧秤，然后再用兩只彈簧秤通過細(xì)繩把橡皮筋的結(jié)點拉到相同的位置O，你能得到什么結(jié)論？由于各個力的數(shù)據(jù)都沒有改變，因此，力的分解也遵從平行四邊形定則。思考討論2：如果沒有限制，同一個力F可以分解為多少對分力？若沒有限制，同一個力可以分解為無數(shù)對大小、方向不同的分力。2．力的分解方法——按作用效果（1）物體受到斜向上拉力F的分解F的作用效果：①水平向右拉物體；②豎直向上提物體。（2）斜面上物體重力的分解重力G的作用效果：①使物體沿斜面向下滑；②使物體垂直向下壓緊斜面典型例題例題1：某物體受到一個大小為32N的力，方向水平向右，還受到另一個大小為44N的力，方向豎直向上。求出這兩個力的合力的大小和方向。解法1：通過作圖求解解：選擇某一標(biāo)度，例如用1cm長的線段表示10N的力。根據(jù)題意，作出二力合成的平行四邊形。表示F1的有向線段長3.20cm，表示F2的有向線段長4.40cm。用刻度尺測量后得知，表示合力F的對角線長為5.44cm，則F＝5.44cm×10N/cm＝54.4N用量角器測得合力F與力F1的夾角為54°。合力的大小為54.4N，方向與力F1的夾角為54°。解法2：計算法合力的大小為54.4N，方向與力F1的夾角為54°。【例題2】如右圖所示，光滑斜面上的物體的重力分解為F1、F2兩個力，下列說法正確的是()A．F1是斜面作用在物體上使物體下滑的力，F(xiàn)2是物體對斜面的壓力；B．物體受到重力mg、N、F1、F2四個力的作用；C．物體只受到重力mg和斜面支持力N的作用；D．N、F1、F2三個力的作用效果與mg、N兩個力的作用效果相同。答案：CD（四）矢量和標(biāo)量1．力的合成，按平行四邊形定則來確定合力的大小和方向。2．位移合成時也遵從平行四邊形定則。一個人從A走到B，發(fā)生的位移是AB，又從B走到C，發(fā)生的位移是BC。在整個運動過程中，這個人的位移是AC，AC是合位移。3．矢量既有大小又有方向，相加時遵從平行四邊形定則的物理量叫作矢量。4．標(biāo)量只有大小，沒有方向，相加時遵從算術(shù)法則的物理量叫作標(biāo)量。除了力和位移以外，速度、加速度都是矢量。在我們學(xué)過的物理量中，質(zhì)量、路程、功、電流等都是標(biāo)量。課堂練習(xí)1．有兩個力，一個是10N，一個是2N，這兩個力的合力的最大值是_____，最小值是_____，它們的合力范圍_____。答案：12、8、8≤F≤122．已知兩個相互垂直的力的合力為50N，其中一個力的大小為40N，則另一個力的大小為（）A．10N B．20N C．30N D．40N答案：C3．關(guān)于力的分解，下列敘述中正確的是（）A．8N的力可以分解為兩個8N的分力B．8N的力可以分解為兩個3N的分力C．8N的力可以分解為13N和4N的兩個分力D．8N的力可以分解為16N和7N的兩個分力答案：A4．如圖所示，一個重60N的物體置于光滑的水平面上，當(dāng)用一個F=20N的力豎直向上拉物體時，物體所受的合力為（）A．0NB．40N，方向豎直向下C．40N，方向豎直向上 D．80N，方向豎直向上答案：A拓展提高1．兩個共點力F1、F2、的合力為F，下列說法中正確的是（）A．合力F一定大于任一個分力B．合力的大小既可能等于F1，也可能等于F2C．合力F有可能小于任一個分力D．合力F的大小隨F1、F2、間的夾角增大而減小答案：BCD2．下列說法中正確的是（）A．兩個力的合力一定大于這兩個力中的任意一個力B．兩個力都增大，則其合力也增大C．物體受到三個大小均為10N的力，不可能處于勻速直線運動狀態(tài)D．分解一個力可以有無數(shù)個分解方法，但每一個分解方法都遵守平行四邊形定則，因此分解力要按力的作用效果來進(jìn)行分解答案：D三、課堂小結(jié)1．力的合成符合平行四邊形定則（1）合力大小范圍︱F1-F2︱≤F≤F1+F2（2）合力有可能大于或小于或等于任何一個分力。（3）互成角度的二個共點力如果保持大小不變，它們的合力將隨夾角的增大而減?。?．力的分解符合平行四邊形定則力的分解方法——按作用效果3．矢量既有大小又有方向，相加時遵從平行四邊形定則的物理量叫作矢量。4．標(biāo)量只有大小，沒有方向，相加時遵從算術(shù)法則的物理量叫作標(biāo)量。四、板書（一）共點力的合成1．共點力：幾個力如果都作用在物體的同一點，或者它們的作用線相交于一點，這