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2019-2020年人教版高中物理必修1 第3章第4節(jié) 力的合成（教案） 【知識(shí)與技能】 1、掌握力的平行四邊 形定則，知道它是力的合成的基本規(guī)律。 2、初步運(yùn)用力 的平行四邊形定則求解共點(diǎn)力的合力；能從力的作用效果理解力的合成、合力與分力的概念。 3、會(huì)用作圖法求解兩個(gè)共點(diǎn)力的合力；并能判斷其合力隨夾角的變化情況，掌握合力的變化范圍，會(huì)用直角三角形知識(shí)求合力。 【過程與方法】 1、能夠通過實(shí)驗(yàn)演示歸納出互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力的合成遵循平行四邊形定則； 2、培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力、物理思維能力和科學(xué)態(tài)度、觀察能力、分析能力、協(xié)作能力、創(chuàng) 新思維能力、表達(dá)能力。 3、培養(yǎng)學(xué)生設(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)的研究問題的方法的能力。 【情感態(tài)度與價(jià)值觀】 1、培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力和科學(xué)研究的態(tài)度。 2、 培養(yǎng)學(xué)生熱愛生活、事實(shí)求是的科學(xué)態(tài)度，激發(fā)學(xué)生探索與創(chuàng)新的意識(shí)。 3、培養(yǎng)學(xué)生合作、交流、互助的精神。 【教學(xué)過程】 ★重難點(diǎn)一、合力與分力★ 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，這個(gè)力叫做那幾個(gè)力的合力，原來的幾個(gè)力叫做分力。 在實(shí)際問題中，我們就可以用這個(gè)力來代替那幾個(gè)力，這就是力的等效代替。而不是物體又多受了一個(gè)合力。 ★合力與分力的相關(guān)性 (1)等效性：合力的作用效果與分力的共同作用效果相同，它們在效果上可以相互替代。 (2)同體性：各個(gè)分力是作用在同一物體上的，分力與合力為同一物體，作用在不同物體上的力不能求合力。 (3)瞬時(shí)性：各個(gè)分力與合力具有瞬時(shí)對應(yīng)關(guān)系，某個(gè)分力變化了，合力也同時(shí)發(fā)生變化。 ★共點(diǎn)力 如果一個(gè)物體受兩個(gè)或多個(gè)力作用，這些力都作用在物體上的同一點(diǎn)，或者雖不作用在同一點(diǎn)上，但它們的作用線相交于同一點(diǎn)，這幾個(gè)力叫做共點(diǎn)力。 ★重難點(diǎn)二、實(shí)驗(yàn)：驗(yàn)證力的平行四邊形定則★ 1．實(shí)驗(yàn)?zāi)康? (1)驗(yàn)證兩個(gè)力合成時(shí)的平行四邊形定則。 (2)通過驗(yàn)證力的平行四邊形定則，培養(yǎng)用圖象法處理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)并得出結(jié)論的能力。 2．實(shí)驗(yàn)原理 若某個(gè)力F′的作用效果與兩個(gè)力F1、F2的共同作用效果都能使橡皮條伸長到同一點(diǎn)，則F′為F1和F2的合力，作出F′的圖示，再根據(jù)平行四邊形定則作出F1和F2的合力F的圖示，比較F′、F，分析在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否大小相等、方向相同。即可驗(yàn)證平行四邊形定則。 3．實(shí)驗(yàn)器材 方木板、白紙、彈簧測力計(jì)(兩個(gè))、橡皮條、細(xì)繩套(兩個(gè))、三角板、刻度尺、圖釘(若干)、鉛筆。 4．實(shí)驗(yàn)步驟 (1)釘白紙：用圖釘把白紙固定在水平桌面上的方木板上。 (2)拴繩套：用圖釘把橡皮條的一端固定在板上的A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套。 (3)兩個(gè)力拉： ①通過細(xì)繩用兩個(gè)彈簧秤互成角度拉橡皮條，橡皮條伸長，使結(jié)點(diǎn)伸長到O點(diǎn)(如圖所示)。 ②用鉛筆記下O點(diǎn)的位置，畫下兩條細(xì)繩的方向，并記下兩個(gè)測力計(jì)的讀數(shù)。 (4)一個(gè)力拉： ①只用一個(gè)測力計(jì)，通過細(xì)繩把橡皮條上的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O。 ②記下測力計(jì)的讀數(shù)和細(xì)繩的方向。 (5)重復(fù)：改變F1和F2的夾角和大小，再做兩次。 5．?dāng)?shù)據(jù)處理 (1)理論值：在白紙上按比例從O點(diǎn)開始作出兩個(gè)彈簧測力計(jì)的拉力F1和F2的圖示，利用刻度尺和三角板根據(jù)平行四邊形定則求出合力F。 (2)測量值：按同樣的比例用刻度尺從O點(diǎn)起作出一個(gè)彈簧測力計(jì)拉橡皮條時(shí)拉力F′的圖示。 (3)相比較：比較F′與用平行四邊形定則求得的合力F在實(shí)驗(yàn)誤差允許的范圍內(nèi)是否相等。 6．操作技巧及注意事項(xiàng) (1)正確使用彈簧測力計(jì) ①彈簧測力計(jì)的選取方法：將兩只彈簧測力計(jì)調(diào)零后互鉤水平對拉，若兩只彈簧測力計(jì)在對拉過程中，讀數(shù)相同，則可選；若讀數(shù)不同，應(yīng)另換，直至相同為止。 ②彈簧測力計(jì)不能在超出它的測量范圍的情況下使用。 ③使用前要檢查指針是否在零刻度線上，否則應(yīng)校正零位。 ④被測力的方向應(yīng)與彈簧測力計(jì)軸線方向一致，拉動(dòng)時(shí)彈簧不可與外殼相碰或摩擦。 ⑤讀數(shù)時(shí)應(yīng)正對、平視刻度。 (2)實(shí)驗(yàn)注意事項(xiàng) ①不要直接以橡皮條端點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，可拴一短細(xì)繩連兩細(xì)繩套，以三繩交點(diǎn)為結(jié)點(diǎn)，應(yīng)使結(jié)點(diǎn)小些，以便準(zhǔn)確地記錄結(jié)點(diǎn)O的位置。 ②互成角度兩個(gè)力的合力的變化，看橡皮條結(jié)點(diǎn)O的位置變化，而在每次實(shí)驗(yàn)中橡皮條結(jié)點(diǎn)的位置一定不能改變。 ③經(jīng)驗(yàn)得知兩個(gè)分力F1、F2間夾角θ越大，用平行四邊形作圖得出的合力F的誤差也越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把θ角取得太大，一般以不大于90為最佳。橡皮條、細(xì)繩、測力計(jì)應(yīng)在同一平面內(nèi)，測力計(jì)的掛鉤應(yīng)避免與紙面摩擦。 ④拉橡皮條的細(xì)線要長些，標(biāo)記每條細(xì)線方向的方法是使視線通過細(xì)線垂直于紙面，在細(xì)線下面的紙上用鉛筆點(diǎn)出兩個(gè)定點(diǎn)的位置，并使這兩個(gè)點(diǎn)的距離要盡量遠(yuǎn)些。 ⑤作圖要用尖鉛筆，圖的比例要盡量大些，要用嚴(yán)格的幾何方法作出平行四邊形，圖旁要畫出表示力的比例線段，且注明每個(gè)力的大小和方向。 【典型例題】（1）在做“驗(yàn)證力的平行四邊形定則”實(shí)驗(yàn)時(shí)，橡皮條的一端固定在木板上，另一端系上兩根細(xì)繩，細(xì)繩的另一端都有繩套。實(shí)驗(yàn)中需用兩個(gè)彈簧測力計(jì)分別勾住繩套把橡皮條的一端拉到某一確定的O點(diǎn)，則下列說法中正確的是__ _ A．兩根細(xì)繩必須等長 B．同一次實(shí)驗(yàn)中，O點(diǎn)位置不允許變動(dòng) C．實(shí)驗(yàn)中，把橡皮條的另一端拉到O點(diǎn)時(shí)，兩個(gè)彈簧測力計(jì)之間的夾角必須取90 D．實(shí)驗(yàn)中，要始終將其中一個(gè)彈簧測力計(jì)沿某一方向拉到最大量程，然后調(diào)節(jié)另一彈簧測力計(jì)拉力的大小和方向，把橡皮條另一端拉到O點(diǎn) （2）如圖所示，是甲、乙兩位同學(xué)在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)得到的結(jié)果，其中F是用作圖法得到的合力，F(xiàn)’是通過實(shí)驗(yàn)測得的合力，則哪個(gè)實(shí)驗(yàn)結(jié)果是符合實(shí)驗(yàn)事實(shí)的____(填“甲”或“乙”)。 【答案】（1）B （2）甲 ★重難點(diǎn)三、力的合成★ 1. 定義：求幾個(gè)力的合力的過程或方法，叫做力的合成。 思考與討論：（課本62頁） 在圖中，假如這桶水的重量是 200 N，這兩個(gè)孩子合力的大小一定也是 200 N 。那么 ，連個(gè)孩子用力的大小分別是F1 和F2， F1 和 F2這兩個(gè)數(shù)值相加正好等于 200 N嗎？ ★求合力的方法 1．作圖法 (1)用作圖法求作用在同一點(diǎn)的兩個(gè)互成角度的力的合力的程序 ①選取同一標(biāo)度，用力的圖示，從力的作用點(diǎn)起，分別作出兩個(gè)分力F1、F2的圖示； ②以表示F1、F2的線段為鄰邊作出平行四邊形，從而得到兩分力F1、F2所夾的平行四邊形的對角線，即表示合力F； ③用刻度尺量出該對角線的長度，根據(jù)選取的標(biāo)度計(jì)算合力的大??；再量出對角線與某一分力的夾角，表示合力的方向； ④當(dāng)分力的個(gè)數(shù)多于兩個(gè)時(shí)，可先作出任意兩個(gè)分力的合力，再將這個(gè)合力依次與其他分力合成，最終求出所有分力的合力。 特別提醒 作圖法求合力注意事項(xiàng) ①分力、合力的作用點(diǎn)相同，切忌弄錯(cuò)表示合力的對角線； ②分力、合力的比例要一致，力的標(biāo)度要適當(dāng)； ③虛線、實(shí)線要分清，表示分力和合力的兩條鄰邊和對角線畫實(shí)線，并加上箭頭，平行四邊形的另兩條邊畫虛線； ④求合力時(shí)既要求出合力的大小，還要求出合力的方向，不要忘了用量角器量出合力與某一分力間的夾角． 2．計(jì)算法 可以根據(jù)平行四邊形定則作出示意圖，然后由幾何知識(shí)求解對角線，即為合力．以下為求合力的幾種特殊情況： (1)相互垂直的兩個(gè)力的合成，如圖所示． 合力F＝，合力F與F1夾角正切值tanθ＝. 2．計(jì)算法 (2)夾角為θ、大小相等的兩個(gè)力的合成，如上圖所示．由幾何知識(shí)可知圖形為菱形，其對角線垂直平分，則合力F＝2F1cos，方向沿F1、F2的角平分線，與F1的夾角為. (3)夾角為120的兩個(gè)大小相等的力的合成，如圖所示．由幾何知識(shí)得，對角線將平行四邊形分隔成兩個(gè)等邊三角形，故合力與分力大小相等，方向沿F1、F2夾角的平分線． ★合力與兩個(gè)分力的關(guān)系 1. θ ＝0時(shí)，即 F1、F2 共線同方向： F合＝ F1 ＋ F2 合力方向與兩個(gè)力的方向相同 2. θ ＝180時(shí)，即 F1 、 F2共線反方向： F合＝｜ F1 － F2 ｜ 合力方向與分力 F1 、 F2中較大的方向相同。 3. 夾角 θ 越大，合力就越小： F合隨 F1 和 F2 的夾角增大而減小 4. 合力的取值范圍：｜ F1 － F2 ｜ ≤ F合≤ F1 ＋ F2 5. F合可能大于、等于、小于 F1 、 F2 ★兩個(gè)以上的力的合成 若兩個(gè)以上的力作用在一個(gè)物體上時(shí)，如何求合力？ 先求出兩個(gè)力的合力，再求出這個(gè)合力跟第三個(gè)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。 特別提醒 (1)作圖時(shí)，合力、分力要共點(diǎn)，實(shí)線、虛線要分清，標(biāo)度要唯一且適當(dāng)。 (2)作圖法和計(jì)算法均為矢量運(yùn)算的通用方法。 【典型例題】有兩個(gè)大小相等的共點(diǎn)力F1和F2，當(dāng)它們間的夾角為90時(shí)合力為F，則當(dāng)它們間的夾角為120時(shí)，合力大小為 （ ） A.2F B. C. D. 【答案】B ★課堂小結(jié)★ 1. 合力與分力的關(guān)系是“等效替代”。 2. 平行四邊形定則：以表示這兩個(gè)力的線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個(gè)鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向。 3. 合力與分力的大小關(guān)系： （1）合力大小范圍︱F1 - F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2 合力可能大于、等于、小于任一分力 （2）在兩個(gè)分力F1 、F2大小不變的情況下，兩個(gè)分力的夾角越大，合力越小。 （3）合力不變的情況下，夾角越大，兩個(gè)等值分力的大小越大。