高一物理力的合成教学案例 新课标 人教版.docx
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高一物理力的合成教学案例新课标人教版
2019-2020年高一物理力的合成教学案例新课标人教版
一、教学内容分析
1、地位和作用
“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,明确提出力是矢量和运算法则。
这是本章的重点和难点。
平行四边形定则也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,本节内容将前面学习过的速度、速度的变化,后面将要学习动量、动量的变化等矢量及其运算指出了具体的运算法则,它具有承上启下的作用。
2、教材安排
本节教材讲述三组基本概念:
合力和分力;力的合成和力的分解;共点力。
一条规律:
力的平行四边形定则。
对平行四边形定则,学生感到抽象,不易理解,研究求互成角两个力的合力时,教材采用质疑、探究、验证、总结的认识物理问题的规律.整节内容贯穿一个等效的思想。
3、教学目标的确定及依据
教学目的:
(一)学习目标:
1、知识与技能:
①理解合力、分力、力的合成、共点力的概念。
②通过实验掌握平行四边形定则,会用平行四边形定则求合力。
③理解力的合成本质上是从作用效果相同的角度进行力的相互替代。
2、过程与方法:
①通过学习合力和分力的概念,了解物理学常用的方法——等效替代法。
②通过实验探究方案的设计与实施,初步认识科学探究的意义和基本过程,并进行初步的探究。
③学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣;实验结果在误差范围内是准确的。
3、情感态度与价值观
①培养学生善于交流的合作精神,在交流合作中发展能力,并形成良好的学习习惯和学习方法。
②通过力的等效替代,使学生领略跨学科知识结合的奇妙,同时领会科学探究中严谨、务实的精神和态度。
(二)重点与难点:
重点:
掌握力的平行四边形定则。
依据:
教学目的和其在教材中的作用;学生基础和思维水平。
2、难点:
实验探究方案的设计与实施。
依据:
学生平时学习时养成接受知识的习惯,而不习惯自己主动设计方案探究。
二、设计理念
物理是以实验为基础的科学,离开实验,物理就成为无源之水,本节课更体现了物理学的这一特点。
平行四边形定则是矢量合成法则,而学生一直以来都习惯于代数运算,对矢量运算特别不习惯,因此在教学过程中要注意增加学生的感性认识。
实验是学生接受物理知识最符合认知规律的方法,本节课的教学设计正是基于实验,让学生亲自实践,实验探究,培养学生的实验探究、团结合作、归纳总结等能力,这是实践出真知的要求,也是突破重点和难点的关键;同时,渗透了研究问题的一般方法:
提出问题——分析问题——设计方案——进行实验——数据处理——实验结论——应用推广。
三、教具准备:
多媒体课件,木板,纱线,勾码,学生分组实验器材:
木板、白纸、纱线、弹簧秤(两只)、三角板、铅笔。
四、教学过程:
(一)实验激趣引入概念
实验演示并介绍:
木板上钉3枚钉子,纱线下端悬挂勾码,上端分叉。
单独一根纱线挂在中间钉子可以挂住勾码;两股纱线挂两边的钉子也可以悬挂勾码。
然后木板背向学生,底下露出勾码。
问题一:
此时勾码是一股纱线悬挂,还是两股纱线悬挂?
学生:
有的猜一股纱线悬挂,有的猜两股纱线悬挂。
问题二:
为什么此时你们不能凭借以后的知识去判断,而只能猜想?
引导学生总结:
因为此时两股纱线悬挂和一股纱线悬挂是等效的。
问题三:
生活中还有没有类似这样等效的例子?
学生举例。
课件出示图1。
问题四:
从力的作用效果看,以上情形说明了什么?
以拉弹簧为例,引出概念:
由于力F产生的效果与力F1、F2共同作用所产生的效果相同,可以用力F等效代替F1、F2的共同作用。
力F就叫做力F1和F2的合力。
力F1和F2就叫做力F的分力。
等效代替是物理学中常用的方法。
求几个力的合力的过程或求合力的方法,叫做力的合成。
课件演示图2,复习初中学过的求同一直线上两个力的合力。
可以看出:
合力不但与分力的大小有关,还与分力的方向有关。
问题五:
如果两个力的方向不是在一条直线上,是否还可以用代数和来表示合力,如果不可以,那么合力和分力又存在什么样的关系呢?
(二)方案设计实验探究
学生回答完后多媒体展示图3
。
归纳强调:
力F与力F1、F2等效,所以力F1、F2的合力大小、方向均与力F相同,用等效代替的方法找出了力F1、F2的合力。
分析引导:
同学们的猜想都是从力的大小出发的,力是矢量还是标量?
再次指出:
合力与分力的大小、方向都有关。
合力与分力间究竟满足什么关系?
我们通过实验探究解决这个问题。
明确实验目的:
探究合力与分力的关系。
引导学生:
实验应分几大部分个过程?
发放实验器材:
方木板、白纸、弹簧秤、细绳套、图钉、三角板、直尺、钩码。
让学生设计实验方案如何确定分力、合力。
组织学生共同讨论、改进双方的实验方案。
首先肯定方案的可行性:
使勾码的运动状态相同,说明力的作用效果相同,确定了分力和合力。
在学生思考的基础上给与提示:
钩码上升可以是匀速的也可以是变速的,运动状态不好控制,即力的作用效果相同不好控制,应该怎样改进实验方案?
学生:
将钩码竖直静止悬挂。
请一名同学把实验方案完整的叙述一遍。
记录数据时木板应如何放置?
学生:
竖直放置。
(三)数据处理得出结论
分组实验确定任意角度的两个分力及其合力,
注意事项见大屏幕课件。
走到学生中间观察、指导学生实验。
投影仪展示部分同学的实验结果,再让同学观察自己的图象,思考这个四边形象什么图形?
给出结论:
大量精确的实验表明,两个力的合成满足平行四边形定则。
请同学们用自己的语言文字表述平行四边形定则的内容。
大屏幕显示平行四边形定则的内容,并强调两个邻边之间的对角线。
评估:
要求学生把在探究活动中发现新的问题反馈(如学生在拉弹簧秤时没有和竖直面平行,弹簧秤的读数有偏差),并能吸取经验教训,改进探究方案或采取其它措施(如是否可以用等效的思想去设计不同的实验验证)。
多媒体演示:
1、力的合成实验二
2、力的合成实验三
问题六:
这些实验的核心思想是什么?
学生:
等效思想。
(四)规律拓展概念补充
思考一:
F1、F2大小一定,随夹角的增大其合力如何变化?
合力什么时候最大,什么时候最小?
合力的范围如何?
多媒体演示,得出结论:
(1)当两个分力方向相同时(夹角为00),合力最大,大小等于两力之和;
(2)当两个分力方向相反时(夹角为1800),合力最小,大小等于两力之差。
(3)合力大小范围:
︱F1-F2︱≤F≤F1+F2
思考二:
如果两个大小相等的分力,在合力不变的情况下,夹角变大,两个分力大小如何变化?
多媒体演示,得出结论:
合力不变的情况下,夹角越大,两个等值分力的大小越大。
(五)课堂小结课后练习
以等效思想总结出求互成角度两个力合力的平行四边形定则,定则的核心就是它既体现了合力的大小,又体现了合力的方向,说明矢量合成不是简单数学相加,即1+1不一定等于2,它是矢量运算法则。
强调本节课研究问题的主体思想——等效思想,回扣引课;强调力的合成的矢量性和重要性。
课后练习:
问题与练习1、3。
(第3题要求学生用作图法和计算法两种方法求解,并自己体会两种方法的优缺点。
)
五、课后反思:
新课程标准理念下的探究性课堂教学是否能取得实效,归根到底是以学生是否参与、怎样参与、参与多少来决定的,同时只有学生主动参与教学,才能改变课堂教学机械、沉闷的现状,让课堂充满生机。
这就要求教师在领会探究性课堂教学实质的基础上,随机应变,灵活处理教学过程中出现的各种问题,设计合理可行的探究性教学,使学生的知识获得、积累与能力发展始终处于一种良性循环状态,这样就可以使探究性课堂教学进入理想的境界。
本案例通过从提出问题——分析问题——设计方案——进行实验——数据处理——实验结论——应用推广等等一系列探索过程,将学习者始终置于探索者的位置,使学习过程成为“发现”或“再发现”的过程,充分发挥学生学习的积极性、主动性,让学生自己从实验中得出结论,体验探索的快乐,成功的喜悦,强化学习的乐趣。
存在疑虑:
1、本节课由于学生探究过程需要留出较多的时间进行实验的具体操作,因而课堂时间较为紧张,需要很好引导学生设计方案、进行实验才能有足够的时间进行其余内容的教学,对学生的要求较高。
2、部分学生的实验操作能力不强,分力和合力满足平行四边形定则这个关系,在学生实验中不能直接得出。
2019-2020年高一物理力的合成教学设计新课标豫教版必修1
课题
§5.1力的合成
课型
新授课(1课时)
教学目标
知识与技能
1、理解合力、分力、力的合成、共点力的概念.
2、掌握平行四边形定则,会用平行四边形定则求合力.
3、理解力的合成本质上是从作用效果相等的角度进行力的相互替代.
4、知道矢量三角形法则
过程与方法
1、通过学习合力和分力的概念,了解物理学常用的研究方法——等效替代法.
2、通过实验探究方案的设计与实施,初步认识科学探究的意义和基本过程,并进行初步的探究.
3、学生在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣.实验结果在误差范围内是准确的.
4、尝试运用共点力合成解决一些与生产和生活相关的实际问题。
情感态度与价值观
1、培养学生善于交流的合作精神,在交流合作中发展能力,并形成良好的学习习惯和学习方法.
2、通过力的等效替代,使学生领略跨学科知识结合的奇妙,同时领会科学探究中严谨、务实的精神和态度
3、激发学生对科学的好奇心与求知欲,乐于探究自然界的奥秘。
4、培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识,勇于探究与日常生活有关的物理问题。
教学重点、难点
教学重点
1、合力与分力的关系.
2、平行四边形定则及应用.
教学难点
1、平行四边形定则及应用
2、实验探究方案的设计与实施.
教学方法
实验探究、讲授法、讨论法
教学手段
教具准备
多媒体课件,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.
教学步骤
教学活动
设计意图
新课导入
复习力的概念和力的作用效果
(播放歌曲《众人划桨开大船》片段),从物理学的角度说,二个人划桨产生的力太小不能开大船,众人划桨产生的力合起来才能开动大船.如如果知道每个人划桨的力,怎样求合起来的力呢?
学习了这一节课后我们就可以解决这个问题了.
通过播放歌
曲,激发学
生兴趣,引导学生思考。
新课教学
教
学
过
程
教
学
过
程
一、共点力
让学生自学课本上第一段、第二段有关共点力的知识,在阅读的时候注意这样几个问题:
①什么样的力是共点力?
②你认为掌握共点力概念时应该注意什么问题?
引导学生的回答总结得到(l:
如果一个物体受到两个或更多个力的作用,有些情况下这些力共同作用在同一个点上,或者虽然不是作用于同一个点上,但是他们的延长线交于一点,这样的一组力叫做共点力.
2:
掌握共点力时,不仅要看这几个力是不是作用于一个点,还要看它们的延长线是不是交于一个点.)
二、力的合成
[演示实验)让学生把一桶水或一个重物想办法从地面上放在桌面
上,请一位个头大的,比较壮的男生具体操作一下,该同学用一只手就可以把它提到桌面上;再请一位瘦弱的女生演示,她又叫了另一位女生一起把它抬上讲台。
引导学生仔细观察会发现,一位力气大的同学只用一只手一个力就可以把水桶从地面提到桌面上,两个女同学用两只手给水桶两个力,同样也把水桶从地面移动到桌面上,不同的同学用不同的方法达到了一个共同的目的.在提水桶这个事件上,这一个力产生的作用效果和两个力的作用效果是相同的.生活中还有哪些例子可以说明同样的问题?
学生可以举身边的例子,如抬重物,挂在墙上的画等等。
通过以上的例子,引导学生自己得出合力合力和分力以及力的合
成的概念。
那么几个力的合力怎样求解?
下面我们设计一个实验来探究一下
求合力的方法。
首先演示实验.(用两只弹簧秤成一定角度提起一个重物,分别读一下两只弹簧秤的读数.然后用一只弹簧秤提起这个物体,看这时弹簧秤的读数)
引导学生仔细观察读数,并发现两只弹簧秤的示数之和是不是等于一只弹簧秤的读数,而是比两只弹簧秤读数之和稍微小一些.
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?
请学生设计一实验求解合力,并在实验之前明确实验依据的原理:
合力的作用效果与几个力共同作用的效果相同.
根据提供的器材,同学们分小组讨论,抓住合力和分力效果相同这一关键,设计实验方案,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项,比如说放置小车和打点计时器,锻炼学生选择仪器的能力)
注意:
启发学生设计的关键是:
两个力共同作用的效果和一个力单独作用效果相同,怎样设计才能够更容易控制两种情况下力的作用效果相同.
并在做实验之前,让几个小组的同学介绍他们的实验器材的选择和实验方案的设计过程.
例如:
学生根据力的作用效果相同,选择用力改变物体的形变这种方法来探究合力和分力的关系;选择了容易发生形变的橡皮筋来进行.在一个力和两个力共同作用下让橡皮筋的形变量相同.我们组选择的仪器是:
方木板、白纸、弹簧秤(两个)、橡皮筋(两条)、细绳(两条)、刻度尺(或三角板)、图钉(若干,用来固定白纸)
(注:
要多了解各个组的实验器材的选择情况,指出他们的优点和不足,帮助他们改进自己的设计,这里仅举两例作为代表)
引导学生回答:
在这个实验中一个力与两个力等效的标志是什么?
通过几个学生的回答不断完善总结得到两次实验中橡皮筋应该伸长到同一个位置才能保证作用效果完全相同.
用多媒体展示设计较好的组学生的实验步骤设计参考案例
多媒体展示设计实验步骤:
(1)在桌上平放一个方木板,在方木板上铺上一张白纸,用图钉把白纸固定好.
(2)用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点(A点的位置应该靠近顶端中点),在橡皮筋的另外一端拴上两条细绳,细绳的另外一端是绳套.
(3)用弹簧秤分别钩住绳套,互成角度地拉橡皮筋,使橡皮筋伸长,结点达到某一位置O.
(4)用铅笔记下O的位置和两条细绳的方向,分别读出两只弹簧秤的示数(在同一条件下).
(5)用铅笔和三角板在白纸上从O点沿着两绳的方向画直线,按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示.
(6)只用一只弹簧秤,通过细绳把橡皮筋的结点拉到相同的位置O点,读出弹簧秤的示数,记下细绳的方向,按同一标度作出这个力F的图示.
(7)探究这三个力的大小及方向的关系.
注意事项:
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,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.
[参考案例2]合力和分力的关系
实验步骤:
(1)器材的选取:
如图3—4—1所示的演示仪、弹簧秤、橡皮筋、细绳、钩码若干、印有间隔相等的同心圆的纸足量.
(2)用两根细绳系着橡皮筋的一端,橡皮筋的另一端固定在仪器顶端的小钉上,调节器材上的两个滑轮的距离,使之便于操作.
(3)分别在细绳下悬挂钩码若干,并把细绳置于滑轮上(注意使橡皮筋、细绳:
在同一竖直平面上).记录两绳上悬挂钩码的数量和两绳与纸边的交点C、D.如图3—4—1所示.
(4)待橡皮筋伸长且稳定后把印有同心圆的纸置于橡皮筋与细绳的后面,并使同心圆的圆心O和橡皮筋与细绳的结点重合,并用图钉固定纸片.
(5)卸去钩码,直接用一个弹簧秤拉细绳(注意使橡皮筋、细绳、弹簧秤在同一竖直平面上),使结点也伸长至圆心O处.记录弹簧秤的读数和绳与纸边的交点J.如图3—4—2所示.
(6)取下纸片,作射线OC、OD、OJ,并用力的图示法作出三个力(力的比例线段以三个矢量的长度都不超出纸边为宜).如图3—4—3所示.
(?
)相邻箭头用虚线相连,构成一个由两个三角形组成的四边形.
(8)观察这个四边形的特点(若误差不大,这个四边形是平行四边形,合力在其对角线上).
(9)改变砝码的数量,重复上述实验.若有时间,也可改变两滑轮的距离(即改变两分力的夹角)重复上述实验.
说明:
本实验中的同心圆纸是可以移动的,同心圆是为了最终得出力的大小关系而设计的,纸能移动是为了在实验中方便找出圆心O的位置,缩短实验的时间.
学生可能得出的结论:
以表示两个分力的线段为邻边作一个平行四边形,则这个平行四边形中表示两分力的线段所夹的对角线表示合力的大小和方向.
建议:
让同学汇报实验中得到的结论.结论不一定要与上面的结论一致,教师要让学生有成就感.
组织学生进行分组实验,实验过程中让学生有意识地控制一下两个分力之间的夹角.
学生实验,教师巡回指导
实验结束后建议学生把合力和分力的末端用虚线连接起来.
通过几组同学的实验结果,总结出这个四边形是平行四边形.
继续引导学生分析:
合力与两个分力处于平行四边形的什么位置?
通过学生交流讨论得出:
两个力合成时,以表示这两个力的线段为邻边,这两个邻边之间的对角线就代表了合力的大小和方向.
多媒体出示例题,学生读题并尝试解决例题
例题:
力F1=45N,方向水平向右,力F2=60N,方向竖直向上.求这两个力合力的大小和方向.
培养学生自
学能力和阅读能力。
把生活和物
理联系起来,
激发学生对
科学的好奇
心与求知欲。
培养总结、
归纳的能力
激发学生发
散思维
培养学生设
计实验和操
作实验的能
力。
教师引导学
生在讨论中
相互交流,
相互启发,
有利于学生
在独立思考,
互相合作中
逐步培养团
结协作、科
学求实的品
质和创新思
维品质。
培养学生分
析问题、解
决问题的能
力
教师引导学
生在讨论中
相互交流,
相互启发,
最后自己总
结得出答案
教
学
过
程
请学生说出自己的思路。
通过几个学生回答总结:
①选择标度,用1cm代表15N.
②用三角板作出两个力的图示.
③作出和两个力大小相等的平行线,完成平行四边形.
④连接两力之间的对角线,即表示合力.
⑤用刻度尺量出对角线的长度.
⑥通过比例关系求出合力的大小.
⑦用量角器量出合力与分力之间的夹角,得到合力的大小是?
5N,与45N的力的夹角是53°
如果改变两个力之间的夹角,将两个力之间的夹角改为60°和120°,则合力分别是多大?
学生作图求解,投影学生作图:
当夹角是60°时,两个力的合力是90N;当夹角是120°时,两个力的合力是54N.
根据上面的计算,在两个分力大小不变的情况下,改变两个分力的夹角,合力怎样变化?
什么情况下合力最大,什么情况下合力最小?
学生总结得出:
合力随夹角的变大而变小,随夹角的变小而变大,当两个分力之间的夹角为0°时两个力的合力最大,最大值为二力之和;当两个分力之间的夹角为180°两个力的合力最小,最小值为二力之差.
请学生观看动画:
在两个分力夹角变化时合力大小的变化情况.
(学生观看动画.进一步体会合力的大小和分力夹角之间的关系,动画最好用F1ash模拟,具有动感)
前面学习的都是两个力的合成,如果是三个力或者三个以上的力的合成,应该怎样进行处理?
引导学生回答:
先求出两个力的合力,再求出这个合力跟第三个力的合力,直到把所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合
力.
平行四边形的一半是三角形。
平行四边形的对边平行且相等。
如果把一个力平移到对边,这时这两个分力和合力就构成一个三角形。
这个三角形叫矢量三角形。
我们可以发现两个分力矢量首尾相接,合力为第一个力的矢断指向另一个分力的末端。
如果物体受到两个以上的力作用,合力可以怎么样表示呢?
学生回答完后教师总结:
可以用同样的作图方法,把表示所有力的矢量依次首尾相连,这样,第一个力的始端向最后一个力的末端画出的矢量就是这些力的总合力。
(课本82页的“拓展一步”)
通过练习,
加强对力的
合成的理解
对知识进行
拓展
课堂训练
三个共点力,大小分别为11N、6N、14N,在同一平面内,各力间的夹角可变,求此三力的合力大小的范围.
答案:
0≤F≤31N
通过练习,
加强对知识
的理解
评析拓展
1.求三个或三个以上共点力的合力时,可先求出任意两个力的合力,再求出此合力跟第三个力的总合力,以此类推,直到求完为止.
2.求多个力的合力时,与求解顺序无关.
对知识的
拓展
思考与讨论
两个分力Fl与F2大小一定时,合力与它们的夹角有什么关系?
合力大小与两个分力大小有什么关系?
演示实验
用合力与分力演示器演示分力F1和F2一定时,夹角Ө在0~180Ө°之间发生变化时,合力F的大小变化情况.
[师生共同总结]用投影片出示:
a.当Ө=0°时,F=F1+F2,合力F与分力F1、F2同向.
b.当Ө=180°时,F=|F1一F2|,合力F与分力F1、F2中较大的力同向.
C.合力F的取值范围,|F1一F2|≤F≤F1+F2.
d.夹角Ө越大,合力就越小.
e.合力可能大于某一分力,也可能小于某一分力.
思考讨论
1.什么叫矢量?
矢量运算遵循什么规则?
2.什么叫标量?
标量运算遵循什么规则?
3.在保证力的作用效果相同的前提下,用一个力的作用代替几个力的作用.这是一种什么方法?
4.作用在不同物体上的两个力能否进行力的合成?
5.合力是否一定大于分力?
6.合力是否一定等于分力的大小之和?
7.力的合成有哪些具体方法?
作业
教材83页练习
板
书
设
计
§5.1力的合成
1.共点力如果一个物体受到两个或更多个力的作用,有些情况下这些力共同作用在同一个点上,或者虽然不是作用于同一个点上,但是他们的延长线交于一点,这样的一组力叫做共点力.
2.力的合成如果一个力的作用效果与另外几个力的共同作用效果相同,那么这个力与另外几个力可以相互替代,这个力称为另外几个力的合力.
3.平行四边形定则以表示两个分力的线段为邻边作一个平行四边形,则这个平行四边形中表示两分力的线段所夹的对角线表示合力的大小和方向.
4.︱F1-F2︳《F合《F1+F2
5.矢量三角形法则
教
学
后
记
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