人教版高中物理必修一【3.4力的合成与分解】教案

这是一份人教版高中物理必修一【3.4力的合成与分解】教案，共14页。

人教版高中物理必修1教学设计
课题
力的合成和分解
单元
3
学科
物理
年级
高一
学习
目标
一、知识与技能
1．理解合力、分力、力的合成、共点力的概念以及特点。　　
2．掌握平行四边形定则的内容，会用它求两个分力的合力，并理解合力与分力大小关系。
3．会用平行四边形定则进行作图并计算。
4．掌握根据力的效果和正交分解进行分解的方法　
二．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）经历应用探究实验的方法来研究共点力合成的平行四边形定则和三角形定则。
三．情感态度与价值观：
（1）在探究求合力的实验过程中，培养学生严谨的科学态度和团结合作精神。
（2）培养学生将物理知识应用于生活和生产实践的意识。.
重点
1．合力与分力的关系。　　
2．得出平行四边形定则的探究过程。　　
3．平行四边形定则的应用　
难点
从代数求和到矢量求和的思维跨越。

教学过程
教学环节
教师活动
学生活动
设计意图
导入新课
思考：运送同样的货物，可以由一头大象来完成，也可以有许多人来完成。
教师总结：用一个力的单独作用替代以上四个力的共同作用，而效果不变，上述问题就迎刃而解了。这就是我们要讲的力的合成。
出示图片：大象拉货

学生思考讨论




创设情境，从而引出“等效替代”的思想，为引出力的合成做铺垫


讲授新课
思考：马德堡小球和桥墩受到几绳子的拉力，各个力的作用点有何特点？
一、共点力的合成
1、共点力：几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。

针对练习：
1．关于共点力，下列说法中错误的是(　　)
A．作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，这两个力一定是共点力
B．作用在一个物体上的两个力，如果是一对平衡力，则这两个力是共点力
C．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用点不在同一点上，则这几个力可能是共点力
D．作用在一个物体上的几个力，如果它们的作用线可以汇交于一点，则这几个力是共点力
【答案】A
2、合力和分力
看下面图片说一说你观察到了什么？由此可得出什么结论？

水桶所受拉力示意图 吊灯所受拉力示意
教师总结：两个小孩分别用力F1、F2共同提着一桶水和一个大人单独用力F提着这桶水，都能产生让水桶保持静止的效果。
用拉力为F的一根线悬挂吊灯和用拉力分别为F1、F2两根线悬挂吊灯都能产生使吊灯保持静止的效果。
结论：由于F产生的效果和F1、F2产生的效果相同，所以 F是F1 、F2 的合力，F1 和F2 是F的分力。
合力与分力：假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相
前者力就叫作后者力的合力。
后者力就叫作前者力的分力。
出示图片：一个大人和两个小孩提水
二、力的合成
1、力的合成：在物理学中，我们把求几个力的合力的过程叫作力的合成；
1.同一直线二力合成
出示动画：同一直线二力合成
教师总结：


2.思考：互成角度的两个共点力，如何得到合力的大小和方向呢？

互成角度的两个共点力还是简单的加减吗？有没有什么可遵守的规律吗？
实验:探究两个互成角度的力的合成规律
1、实验目的
探究分力与合力的关系遵循什么样的规律。
2、实验原理
合力的作用效果与几个分力共同作用的效果相同。
3、实验器材
方木块、白纸、弹簧称(两个) 、橡皮条、细绳、三角板、刻度尺、图钉
4、实验步骤
（1）在桌面上固定一个贴有白纸的方木板，用图钉把橡皮筋的一端固定在板上靠近顶端中点的A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。
出示图片
（2）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。
出示图片
（3）用铅笔从Ｏ点沿着两绳的方向画直线，作出两个力Ｆ1和Ｆ2的图示。
（4）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，作出这个力Ｆ的图示。研究这三个力的大小及方向的关系.
出示图片
实验注意事项：
①弹簧秤使用前要先调零；
②弹簧秤拉长方向和所测拉力方向应保持与木板平行；
③弹簧、指针、拉杆都不要与刻度板和刻度板末端的限位卡发生磨擦。
出示：力的合成的平行四边形定则视频
5、实验结论

两个力的合成
教师总结：实验表明，在两个力合成时，以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。这个规律叫作平行四边形定则。
注意:作图要准确，两个分力F1、F2和合力F要画成实线并标有箭头，平行四边形的另外两条平行线必须画成虚线。
思考与讨论1： 观察下面不同角度下F1、F2合力，由此可推断合力什么时候最大,什么时候最小?合力的范围如何?


教师总结：①互成角度的二个共点力如果保持大小不变，它们的合力将随夹角的增大而减小；
②合力有可能大于或小于或等于任何一个分力。
③ F1、F2同向合力最大，反向合力最小。
④合力大小范围 ︱F1 - F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2
针对练习
1．关于两个共点力的合力跟两个分力的大小关系，下列说法中正确的是 （ ）
A．合力的大小一定大于它的任意一个分力的大小
B．合力的大小一定等于它的两个分力的大小之和
C．合力可以比两个分力都大，也可以比两个分力都小
D．合力的大小不可能与它的分力大小相等
【答案】C
2．三个共点力大小分别是F1、F2、F3，关于它们合力F的大小，下列说法中正确的是（　　）
A．F大小的取值范围一定是0≤F≤F1＋F2＋F3
B．F至少比F1、F2、F3中的某一个大
C．若F1∶F2∶F3=3∶6∶8，只要适当调整它们之间的夹角，一定能使合力为零
D．若F1∶F2∶F3=3∶6∶2，只要适当调整它们之间的夹角，一定能使合力为零
【答案】C
思考讨论2：如果两个以上的共点力作用在一个物体上，怎样应用平行四边形定则求出它们的合力？
先求出任意两个力的合力，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。
针对练习
1．如图所示，三个力同时作用在质点P上，它们的大小和方向相当于正六边形的两条边和一条对角线．已知F1=F2=F，则这三个力的合力等于

A．3F B．4F
C．5F D．6F
【答案】A

三、力的分解
1、力的分解：在物理学中，我们把求一个力的分力的过程叫作力的分解。
思考讨论1：如果上述实验中，先只用一只弹簧秤，然后再用两只弹簧秤通过细绳把橡皮筋的结点拉到相同的位置O，你能得到什么结论？
由于各个力的数据都没有改变，因此，力的分解也遵从平行四边形定则。
思考讨论2：如果没有限制，同一个力 F 可以分解为多少对分力？

若没有限制，同一个力可以分解为无数对大小、方向不同的分力。
2、力的分解方法——按作用效果
（1）物体受到斜向上拉力F的分解
F的作用效果：
①水平向右拉物体；②竖直向上提物体。

（2）斜面上物体重力的分解
重力G的作用效果：
①使物体沿斜面向下滑；
②使物体垂直向下压紧斜面

典型例题
【例题1】某物体受到一个大小为32 N的力，方向水平向右，还受到另一个大小为44 N的力，方向竖直向上。求出这两个力的合力的大小和方向。
通过作图求解
解： 选择某一标度，例如用1 cm长的线段表示10 N的力。根据题意，作出二力合成的平行四边形。

【例题2】如图所示，物体放在倾角为θ的粗糙斜面上静止不动，把物体所受的重力G分解为F1、F2，下列说法正确的是(　　)


A．F2是物体受到的下滑力，F1是斜面受到的压力
B．F2是使物体有下滑趋势的力，F1是使物体压紧斜面的力
C．物体受到的摩擦力等于Gcosθ，与F2等大反向
D．若只减小斜面的倾角θ，两个分力F1、F2均减小
【答案】B
四、矢量和标量
1、力的合成，按平行四边形定则来确定合力的大小和方向。
2、位移合成时也遵从平行四边形定则。
一个人从A 走到B，发生的位移是AB，又从B 走到C，发生的位移是BC。在整个运动过程中，这个人的位移是AC，AC是合位移。

3、矢量
既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则的物理量叫作矢量。
4、标量
只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则的物理量叫作标量。
除了力和位移以外，速度、加速度都是矢量。在我们
学过的物理量中，质量、路程、功、电流等都是标量。
课堂练习
1、有两个力，一个是8N，一个是12N，这两个力的合力的最大值是————最小值是————它们的合力范围————————
答案：20、4、 4≤ F ≤ 20
2、已知两个相互垂直的力的合力为13N，其中一个力的大小为12N，则另一个力的大小为（ ）
A. 32N B. 25N C. 5N D. 1N
答案： C
3．已知两个共点力的合力为50N，分力F1的方向与合力F的方向成30°角，分力F2的大小为30N。则（　　）
A．F1的大小是唯一的
B．F2的方向是唯一的
C．F2有两个可能的方向
D．F2可取任意方向
【答案】C
4．下列各组物理量中全部是矢量的是(　　)
A．位移、速度、加速度、力
B．位移、时间、速度、路程
C．力、位移、速率、加速度
D．速度、加速度、力、路程
【答案】A
5.如图所示，人拉着旅行箱前进，拉力F与水平方向成α角，若将拉力F沿水平和竖直方向分解，则它的竖直分力为(　　)

A．Fsinα
B．Fcosα
C．Ftanα
D．Fcotα
【答案】A
6.为了行车的方便与安全，上山的公路都是很长的“之”字形盘山公路，这样做的主要目的是（ ）

A．减小上山车辆受到的摩擦力
B．减小上山车辆的重力
C．减小上山车辆对路面的压力
D．减小上山车辆的重力平行于路面向下的分力
【答案】D
7．如图所示，被轻绳系住静止在光滑斜面上的小球．若按力的实际作用效果来分解，小球受到的重力G的两个分力方向分别是图中的（　　）

A．1和4 B．2和4
C．3和4 D．3和2
【答案】C
8．一件行李重为G，被轻绳OA和OB吊在空中，OA绳和OB绳的拉力分别为F1、F2，如图所示，则(　　)

A．F1、F2的合力是G
B．F1、F2的合力是F
C．行李对轻绳OA的拉力方向与F1方向相反，大小相等
D．行李受到重力G、OA绳拉力F1、OB绳拉力F2，还有F共四个力
【答案】BC
9．一个物体受两个力的作用，大小分别为4 N、5 N，这两个力的合力可能是（ ）
A．0 N B．5 N
C．8 N D．10 N
【答案】BC

拓展提高
1、如图所示为两个共点力的合力F随两分力的夹角变化的图象，则这两个分力的大小可能为（　　）

A．和
B．和
C．和
D．和
【答案】B
2.下列说法中正确的是（ ）
A. 两个力的合力一定大于这两个力中的任意一个力
B. 两个力都增大，则其合力也增大
C. 物体受到三个大小均为10N的力，不可能处于匀速直线运动状态
D. 分解一个力可以有无数个分解方法，但每一个分解方法都遵守平行四边形定则，因此分解力要按力的作用效果来进行分解
答案：D
3.作用于O点的五个恒力F1、F2、F3、F4、F5的矢量图的末端跟O点恰好构成一个正六边形，如图所示，已知这五个恒力中的最大值F3=10 N，则这五个力的合力的大小是（ ）

A．0
B．10 N
C．20 N
D．30 N
【答案】D
4．如图所示，将一个已知力F分解为F1和F2，已知F=10N，F1与F的夹角为37°，则F2的大小不可能的是（ ）
（sin37°=0.6，cos37°=0.8）

A．4N B．6N C．10N D．100N
【答案】A




观察图片






学生观察图片思考讨论






















学生观看动画同一直线二力合成













学生掌握实验目的、实验原理、实验器材、
实验步骤，并进行实验操作最后在老师的指导下得出实验结论



























学生阅读理解
平行四边形定则








学生观察下面不同角度下F1、F2合力，回答问题



学生记忆理解






学生思考讨论








学生阅读课文回答问题




学生思考论







物体受到斜向上拉力F的分解，学生动手画出力的分解






斜面上物体重力的分解学生动手画出力的分解






学生通过作图求解合力的大小













学生利用计算法求合力










学生练习














学生阅读课文
说出矢量和标量









学生练习




















帮助学生理解共点力的概念





锻炼学生的合作交流能力以及总结能力为理解合力和分力打下基础



















学生在初中时就已有知识基础，对于同一直线上两个力的合成进行巩固











让学生敢于参与实验，乐于探索，培养学生应用知识解决问题的能力。培养学生共同协作、相互交流的品质和动手操作能力。



























掌握力的合成定则









锻炼学生的观察总结能力。





掌握力的合成的特点





锻炼学生的逻辑思维能力







锻炼学生的自主学习能力




锻炼学生的逻辑思维能力













掌握力的分解方法：按作用效果











巩固力的平行四边形定则














拓展学生的思维能力










巩固力的分解
知识













矢量相加遵从平行四边形定则










巩固所学知识



















课堂小结
1、力的合成遵循平行四边形定则
（1）合力大小范围 ︱F1 - F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2
（2）合力有可能大于或小于或等于任何一个分力。
（3）互成角度的二个共点力如果保持大小不变，它们的合力将随夹角的增大而减小；
2、力的分解遵循平行四边形定则
力的分解方法——按作用效果
3、矢量
既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则的物理量叫作矢量。
4、标量
只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则的物理量叫作标量。
梳理自己本节所学知识进行交流
根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。
板书
一、共点力的合成
1、共点力定义： 2、合力和分力
二、力的合成
1、力的合成定义：
2、力的合成符合平行四边形定则
3、合力大小范围 ︱F1 - F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2
三、力的分解
1、力的分解遵守平行四边行定则。
2、通常按力的作用效果来进行力的分解。
四、矢量和标量
1、矢量：既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则。
2、标量：只有大小，没有方向，相加时遵从算术法则。