力的合成教学反思
力的合成这一节课,以学生的感性认识为基础,从实验现象中归纳概括出力的平行四边形定则,通过实验、思考、观察、分析,得出二力合成的结论,三力合成、多力合成的方法。并以日常生活中现象为基础加以运用,体现了从简单到复杂的研究问题的方法;从生活走向物理,从物理走向社会的理念。
本节课中,学生的自主学习课文、自主探究、研讨、合作等学习活动贯穿于整个课堂活动中,课堂的时间尽最大可能还给了学生,强调了学生的学习体验和学习过程。学生由被动的接受知识转变为知识的主动构建者,成为课堂的主体。老师真正地当起了课堂教学的组织、指导、帮助、促进者的角色。在这节课中,学生完全有能力通过小组讨论,利用集体的智慧,在教师的帮助下,自主地完成对教学内容的学习。积极、主动的学习情感使学生学会了如何学习,为学生今后步入社会打下坚实的基础,使学生终生受益
多给肯定和赞扬,给每一个学生以同样的表现机会,特别是性格内向的学生,多给他们创造表现机会,增强学生学习兴趣和信心,让每个学生的能力和素质都得以提高。趣味游戏也是激发学生学习兴趣最好的办法,两人抬一捅水,随着两人抬的角度不同,吃力程度也不一样。一个力气小的学生可以轻松拉动两个大力士等等。让学生在动感情趣中进入物理世界,使学生在轻松愉快中掌握知识,这也是注重过程,注重体验的表现。多媒体辅助教学,能使抽象问题用形象生动的画面形象地表达出来,悦耳动听的音乐使学生劳逸结合,始终保持旺盛的情趣,并结合图文,充分展现出知识的形成过程,是一根教鞭,一支粉笔,一张嘴不能比拟的,对学生理解问题起到事半功倍的效果,也符合学生的心里特征,学生非常积极地参与和投入。
随着课改的不断深入和拓展,我原有的能力已不能满足新课程度的要求,要时时充电全面提升自已的综合能力,既要注重各种单项能力的训练和提高,又要着眼于整体的效应,使各种能力相互促进,只有这样,教学过程才能焕发出应有的生命力。在课堂上的许多环节不敢大胆放手给学生。对学生发展的需求及发展中富有个性的学习关注不够。为了完成教学任务留给学生的时间很少。在安排学生自己体会时,总不免多次打断学生的思路,试图进行补充说明,或是教给学生体会什么,如何体会。这都表现出过多的担忧,不合理的控制。
物理学是研究物质结构相互作用和运动基本规律的学科.笔者通过分析大量《力的合成》教学案例,发现教师对教学过程的安排,基本都是从生活中丰富的感性材料入手,然后由表及里发现其中蕴含的规律,最后上升到思维活动(形成定律)高级阶段.为了探究其原由,笔者学习了皮亚杰的发生认识论,发现上述方法蕴含了认识论的哲学思想.本文将用认识论理论分析《力的合成》教学规律.
1 皮亚杰的发生认识论
马修斯说过:任何令人满意的学习理论都包含着认识论的思考.皮亚杰的发生认识论把认识看作是一种连续不断的建构过程.发生认识论研究各种认识的起源,从最低级的认识形式开始,追踪认识向各个水平发展,直到复杂的科学思维.本文所依据的是皮亚杰晚期的理论成果,皮亚杰晚期的研究通过对科学的分析,探寻思维的心理发生与科学发展历史之间的联系,证明了科学领域知识发展的机制与心理发生领域认知发展的机制存在紧密的对应关系.也就是说科学发展从一个时期到下一个历史时期的转变机制,类似于思维从一个心理发生阶段到下一个心理发生阶段的转变机制.这就是在所有领域和所有阶段都存在的辩证的三个阶段:从内阶段到间阶段再到外阶段,这是一切认知发展的普遍过程.
皮亚杰的内间外理论在不同的阶段有不同的特点,内阶段是对客体的描述,在内阶段对现象进行解读,分离出相关变量,并对它们进行测量和描述.但对每一个变量并没有深入分析,只是把它们纳入到一般概括之中.间阶段是对关系和转变的研究,它是根据内阶段对现象的观察、测量所获得的资料,概括出一种关系或定律,也就是用内在的变化体系来概括和代替外在的现象变化,其中内在的变化是推理的结果,这个过程蕴含着一定的因果关系和解释现象的逻辑步骤.首先是概括客体所表现出的关系,然后借助理论去结合现实的情境,最后通过思维活动,对现象和过程做出解释.外阶段是结构的形成.在发生认识论中,认知结构不是实在的,不是先于思维运算而预先存在的东西,而是代表在认知结构过程中思维运算所达到的某种平衡方式,它表现为一个有限的结构在一个更大的结构中的整合和超越,是一种建构过程.我们在心理发生和科学发展历史中,在从一个阶段到下一个阶段的转变中,都能发现它们的存在.
2 《力的合成》认识论分析
《力的合成》这节课的教学目标是通过学习力的合成所遵循的平行四边形定则,进一步理解矢量运算法则.通过分析大量的《力的合成》教学案例,发现教案中呈现的课堂教学一般分为四步.
第一步:新课导入.通过展示图片或让学生示范(如下图),使学生明白一个力作用与两个力同时作用可产生相同的效果,它们之间是等效替代的关系,并且是合力与分力的关系.
情境1:用双手握单杠使身体平衡(如图1).
情境2:用单手握单杠使身体平衡(如图2).
第一步中选取的材料是学生手握单杠使身体平衡,所选对象是发生在学生日常生活中的具体例子,具有一定的现实性.教师在对相关变量和现象进行解读时,仅仅对该现象的直观感受进行描述,只说明该现象中双手拉单杠与单手拉单杠这两个情境有相同的效果,并不进行深层次的分析.在对相关变量进行分析时,引入力的概念,用合力与分力来定性地解释这个等效关系,也不进行具体深入分析.第一步的特点正好符合认识论中内阶段的特点:对客体的描述.
第二步:简化生活情境.把与单杠对胳膊的作用力简化为轻绳对钩码的拉力(如右图).并让学生进一步亲自体验等效关系.
情境1:用两根轻绳拉钩码,使其平衡(如图3).
情境2:用一根轻绳拉钩码,使其平衡(如图4).
第二步是对第一步的简化.因为轻绳的弹力是沿着细绳收缩的方向,所以用细绳可以更形象直观地让学生感受作用力的存在.在第一步中学生只是以观察者的身份来认识合力与分力的关系,这样得到的认识并不利于学生的理解.通过第二步的安排,学生对力有了亲身的感受,这样可以更进一步理解合力与分力的等效关系.而且轻绳的使用可以使学生认识到拉力的方向应该沿着细绳收缩的方向.第二步的特点还属于认识论中内阶段的特点,但是安排这一步是为下一步将力进行抽象起一个过渡的作用.
第三步:抽象分析,得出结论(如下图).
情境1:用两个弹簧测力计拉钩码,使其平衡,用力的图示表示(如图5).
情境2:用一个弹簧测力计拉钩码,使其平衡,用力的图示表示(如图6).
第三步要对合力与分力的等效关系进行解释.在这一步中首先测量出所要研究的力的大小和方向,将力抽象为数学符号,用箭矢把三个力分别表示出来.这样,物理现实中一个力与两个力就被抽象为数学中一个矢量F与两个矢量F1、F2.而物理现实中一个力与两个力是等效的关系,那么在数学抽象中一个矢量F与两个矢量F1、F2是什么样的关系呢?我们知道在数学中,矢量之间的运算遵循平行四边形法则,那么力矢量的运算也应该遵循这一法则.由此利用数学知识进行思维运算,猜想三个矢量F与F1、F2之间的关系也应符合平行四边形法则,然后用实验进行验证.从而得出力矢量运算遵循的规律——平行四边形定则.第三步的特点正好符合认识论中间阶段的特点:对关系和转变的研究.将内阶段观测到的等效现象概括为力矢量运算遵循的规律.
第四步:结构形成
将第三步得到的矢量运算法则归入矢量知识体系,加深对矢量认识.
在学习力的合成与分解之前,学生对矢量的认识是:有大小有方向的物理量就是矢量.通過对力的合成学习,学生对矢量有了进一步的认识,知道矢量不只是有大小和方向,而且矢量在运算时还遵循平行四边形法则.这样,学生对矢量的认识有进一步加深,即明确判断一个物理量是不是矢量有两个条件,一个是有大小和方向,另一个是运算遵循平行四边形定则.第四步的特点正好符合认识论中外阶段的特点:结构的形成.外阶段在间阶段的基础上,把间阶段得到的结论作为矢量的一个子系统,整合到矢量这个更大的系统中,完成矢量知识的建构过程,使学生的思维得到超越.
由以上分析可以发现,《力的合成》教学案例中教学步骤的安排符合认识论理论中关于对事物认识的普遍规律.其理论依据正是皮亚杰发生认识论中的内间外理论.
3 教学建议
调查发现当前的教学现状是:虽然教师在讲课时都是按照这样的步骤来进行,但是教师却不一定能从理论上去解释为什么要进行这样的安排.有些案例中也有近乎以上四步的安排,但是每一部之间缺少必要的联系,其后果就是教师所讲授的内容之间没有合理的推理.教师会误认为在每个环节完成本环节的任务就已达到要求,和其它环节没有关系.并且在选取实例时,只考虑实例本身能不能引起学生的兴趣,而没有考虑实例在整个教学环节中所起的作用.这样的教学就像一个一个片段的组合,那么得到的知识也是分离的.知识之间没有联系,学生头脑中对物理知识的认识就不能形成一个完整体系,达不到认知要求.
力的合成教学设计 由查字典物理网资料整理
一、教材分析
本章是高中力学基础,等效思想,平行四边形定则既是这一章的重点,又是难点,平行四边形定则不仅是力的合成必须遵循的定则,也是所有矢量运算必须遵循的。矢量的运算法则,是矢量概念的核心内容,又是学习物理学的基础,因此本节内容为今后学生学习速度、位移、加速度等矢量及运算奠定了基础,具有非常重要的作用。同时,平行四边形的验证过程,对培养学生严谨的科学态度和科学思维方法也有很重要的作用。
二、学情分析
对力的概念,初中《科学》教科书中只给出力的作用效果,没有给出力的定义,更没有给出矢量的概念,平行四边形定则是学生第一次接触,对于初上高中的学生来说,是一个大的飞跃,习惯于代数运算的学生,在接受矢量运算时有一定的困难,根据学生的实际水平和探究任务的难度采用不同的教学模式,根据问题情景式探究任务运用适当的思维方法。教学中要注意规范性,但不必操之过急,本节课的教学选用探究与验证相结合的模式。老师应从学生已有的认知水平出发,注意把握教学的难度与深度。
三、教学目标(略)
四、教学重点及难点(略)
五、教学过程的设计
(一)教学流程图:(略)
(二)教学过程设计
1.情景引入
情景(1)请两位同学到讲台前,先让一同学提起质量为25kg的一桶水,然后让两位同学一起提起这桶水。
情景(2)一段媒体录像:拔河比赛教师与学生一起讨论,并引导学生得出结论,一个力作用的效果与多个力作用的效果是一样的,可以互相替代的。教师引导启发学生找出这些实例的共性,得出合力、分力的等效替代关系。(强调“等效替代”的思想方法)
2.新课教学
(1)提出问题:合力与分力的大小关系如何呢?
学生猜想:学生可能有多种猜想,比如:两个力直接加起来与合力相等(代数运算的前知识影响)
实验验证:将橡皮条固定于黑板上,教师让学生(2-3人)自告奋勇去前面操作,先用一个弹簧秤拉橡皮条伸长至某一点并记下这一点,同时记下弹簧秤的读数F及其方向,然后用两个弹簧秤共同去斜拉橡皮条至同一点,记下两弹簧秤的读数F1、F2及其引导学生分析F与F1、F2的大小关系,发现F≠F1+F2。
结论1:两个分力代数之和并不等于合力(即合力与分力不是简单的代数和关系)师问:要直观的定量了解力的大小关系,有什么方法呢?生答:可以用力的图示法教师对学生的回答给予肯定教师活动:在黑板上用图示法作出前面实验中测得的三个力F、F1、F2的图示关系,如图:
师问:请同学们仔细观察:O、A、C、B的位置关系有什么特点?(提问指向性明确,有利于学生思考)学生猜想、实验验证。(略)
结论2:
(1)合力与分力的关系遵循平行四边形定则
(2)规律应用(略)
(3)问题拓展:一般情况下物体都受到多个力作用,那么如何求多个力的合力呢?学生讨论后可以回答,也可以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。
(4)学生阅读(P67)——自学共点力,理解共点力的概念。
(5)思考与讨论:两个分力F1、F2与合力F的关系随F1、F2的夹角变化而变。运用活动的平行四边形演示器,引导学生观察分析——获取感性认识结论:
①合力F随θ的增大而减小;
②|F1—F2|≤F≤|F1+F2|
六、课堂小结
七、作业布置:课本(P67页)第1、2、3、4题。
八、教学反思
笔者在上本节课之前,曾听过一节公开课,也曾阅览了许多教案,发现在“力的平行四边形定则”教学中大多采用了探究性实验的方法,即问题情境——实验探究——分组讨论——归纳结论——汇报交流这一模式。但我们发现全班只有极少数学生在规定的时间内能得出结论,大部分学生都不知道怎样去探究,教材的编写与学生认知水平不一致,教材有忽视教学实际之嫌,因此,我在教学实践中把探究性实验改成验证性实验,其基本模式为:问题情境——猜想假设——讨论讲解——实验验证。这样大大降低了实验难度,教学的三维目标也得到了很好的体现,收到了良好的课堂效果。
“力的分解”可以说是高中物理所遇到的第一个重点与难点,也是初中物理与高中物理的第一个台阶,其丰富的教学内容正是高中阶段培养学生良好习惯和发展物理能力的有效载体,尤其“力的分解”是力的合成的逆运算,承接力的合成,又为数学向量的运算打下一定的基础。所以平行四边形定则依然是本节的重点。通过继续教育课程的学习,本人认为可从如下几点对其教学功效进行挖掘。
1、生活中的物理现象在课堂上的再现。此部分的教学内容的传统教学方法模式为:教师举例,学生想象,教师点拨。本节课可以让学生做一个小实验:用拇指和中指顶住一端削尖的铅笔,笔的中部吊一小重物。让学生感知力的作用效果,据力的作用效果确定两个分力的方向的教学自然水到渠成。
2、渗透“等效替代”的思考方法。力的分解是当几个力的作用效果与一个力的作用效果相同时,可以用几个力来代替一个力的作用效果。这种等效替代的方法是研究物理问题的一种常用方法。本节课的内容就能很好地培养学生的这种思考方法。
3、加强作图训练,培养抽象思维能力。高中阶段作图法(或图象法)是许多物理问题解决的手段之一,且要求很高。因此在力的分解的教学过程中,就必须加强作图的训练,在此处不但能在习题中找到许多作图的素材,而且在新课的教学中也有许多相关的内容。在作图中涉及到平行四边形、圆、垂线、三角形等知识的综合应用,老师有意识地指导学生,不但能训练学生的作图基本功,为今后的物理作图打下基础,而且能提高学生研究和解决问题的能力,更重要的是在“数、物”知识的综合应用中提高了抽象思维的能力。
4、精选习题,培养学生思维的广度和应用数学知识解决物理问题的能力。本节课的教学内容中有许多习题往往涉及多种解法,通过训练能有效地提高学生思维的广度,此外不少习题还涉及较深的数学问题,特别是一些极值问题与三角函数和几何知识都有密切的联系,通过训练能有较地提高运用数学知识解决物理问题的能力。
力的合成是解决力学的基础和工具,力的合成不过关,后续课的学习中,对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解和应用都无从谈起.力的合成是矢量的合成,是为以后物体受力分析作准备的一节课,理解力的合成需要掌握一种方法,那就是等效的方法.这节课从实验入手,学生通过自己动手找出合力与分力之间的关系,这样容易使学生接受.通过实验和多个实例说明一个事实:由于两个力作用在一个物体上,物体所表现出来的形变量或者运动状态的改变跟一个力作用在这个物体上时,物体所表现出来的形变量或者运动状态的变化相同.对于平行四边形定则的教学,可以在初步的矢量合成的基础上进一步加深,可以先进行在一条直线上力的合成,然后再进行互成角度力的合成.平行四边形定则让学生在实验过程中得出,让学生自己发现规律,有利于锻炼学生的能力.对于共点力的教学,重点在于利用演示实验和生活实例,形象地对比共点力和非共点力,在此基础上建立共点力的图景.本节是学生未接触过的全新内容.等效观点、力的合成等内容,学生都感到别扭.如果力的合成的平行四边形定则掌握不好,后续课程中的合成、电场磁场的叠加就不能得心应手.因此这节课在物理学中的地位和作用至关重要.教学重点
1.运用平行四边形定则求合力.2.合力与分力的关系.教学难点
运用等效替代思想理解合力概念是难点.课时安排
1课时 三维目标
知识与技能
1.理解合力、分力、力的合成、共点力的概念.2.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.3.会用力的合成的平行四边形定则进行力的合成.过程与方法
1.培养学生的实验能力,理解问题的能力,应用数学知识解决物理问题的能力;
2.进行科学态度和科学方法教育,了解研究自然规律的科学方法,培养探求知识的能力;
3.树立等效观点,形成等效思想,这是非常重要的处理问题的思想.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.让学生积极参与课堂活动,设疑、解疑、探求规律,使学生始终处于积极探求知识的过程中,达到最佳的学习心理状态.课前准备
1.多媒体课件.2.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.教学过程
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导入新课
故事导入
据报道,因近日雨水较多路面太滑,一辆拖拉机在某地不慎落入路边的一条水沟,司机闫师傅被压在拖拉机后轮下面的水里,当场昏迷,幸亏附近十几个村民合力抬起车轮把闫师傅救出来抬到岸上才使闫师傅及时脱险.除了十几个村民抬起拖拉机外,我们还可以用吊车吊起拖拉机来达到同样的目的.在这个例子中吊车的作用效果与十几个村民的作用效果是相同的.实验导入
两个女同学把一桶水抬到讲桌上,然后再让一个男同学自己把水提到讲桌上.在这个实验中两个女同学对水桶的作用效果和一个男同学的作用效果相同.推进新课
一、力的合成
一个力与几个力产生了同样的效果,可以用这一个力代替那几个力,这一个力是那几个力的合力,那几个力是这一个力的分力.当一个物体受到几个力共同作用时,我们常常可以求出这样一个力,这个力的作用效果跟原来几个力的作用效果相同,这个力就叫做那几个力的合力.求几个力的合力的过程叫做力的合成.下面我们来探究一下求几个力的合力的方法.演示1:两个弹簧秤互成角度地悬挂一个钩码,拉力分别为F1和F2;再用一个弹簧秤悬挂同一个钩码,拉力为F.分析:F1和F2共同产生的效果与力F产生的效果是相同的,即均使钩码处于静止状态.由于力F产生的效果与力F1和F2共同作用产生的效果相同,力F就叫做力F1和F2的合力.这种等效代替的方法是物理学中常用的方法.问题:互成角度的两个力的合力与分力的大小、方向是否有关?如果有关,又有什么样的关系?
我们通过实验来研究这个问题.实验设计:一根橡皮条,使其伸长一定的长度,可以用一个力F作用,也可以用2个力F1和F2同时作用.如能想办法确定F1和F2以及F的大小和方向,就可知F与F1和F2间的关系.演示2:将如图3-4-1所示实验装置安装在贴有白纸的竖直平板上.橡皮条GE在两个力的共同作用下,沿直线GC伸长了EO这样的长度,若撤去F1和F2用一个力F作用在橡皮条上,使橡皮条沿着相同的直线伸长相同的长度,则力F对橡皮条产生的效果跟力F1和F2共同作用产生的效果相同,力F等于F1和F2的合力,在力F1和F2的方向上各作线段OA和OB,根据选定的标度,使它们的长度分别表示力F1和F2的大小,再沿力F的方向作线段OC,根据选定的标度,使OC的长度表示F的大小.图3-4-1
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学生实验:将白纸钉在方木板上,用图钉固定一橡皮筋,用两只弹簧秤同时用力互成角度地沿规定方向拉橡皮筋,使橡皮筋的另一端伸长到O点,记下此时两弹簧秤的示数,这就是分力的大小,再用一只弹簧秤通过细绳套也把橡皮筋拉到位置O,弹簧秤的读数就是合力的大小,细绳的方向就是合力的方向.用力的图示作出这3个力观察找出3个力之间的关系
演示3:以OA、OB为邻边作平行四边形OACB,画平行四边形的对角线,发现对角线与合力很接近.问题:由此看来,求互成角度的两个力的合力,不是简单地将两个力相加减.那么互成角度的两个力F1和F2的合力的大小和方向是不是可以用以F1和F2的有向线段为邻边所作的平行四边形的对角线来表示呢?下面请同学根据自己的实验数据来验证.图3-4-2
结论:总结平行四边形定则:求互成角度的两个力的合力,可以用表示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表示合力的大小和方向,这就是平行四边形定则.如图3-4-2.问题:合力F与F1和F2的夹角有什么关系?
如果两个分力的大小分别为F1、F2,两个分力之间的夹角为θ,当θ=0°时,它们的合力等于多少?当θ=180°时,它们的合力又等于多少?
平行四边形定则的具体应用方法有两种:
1.图解法
(1)两个共点力的合成:从力的作用点作两个共点力的图示,然后以F1、F2为边作平行四边形,对角线的长度即为合力的大小,对角线的方向即为合力的方向.用直尺量出对角线的长度,依据力的标度折算出合力的大小,用量角器量出合力与其中一个力之间的夹角θ.如图3-4-3所示.图3-4-3
图3-4-3中F1=50 N,F2=40 N,合力F=80 N.(2)两个以上力的合成: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,直到所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合力.2.计算法
先依据平行四边形定则画出力的平行四边形,然后依据数学公式(如余弦定理)算出对角线所表示的合力的大小和方向.图3-4-4
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当两个力互相垂直时,如图3-4-4有:
F=F1F2
tanθ=F2/F1.例1教材例题
例2如图3-4-5所示,一个木块放在水平桌面上,在水平方向共受到三个力即F1、F2和静摩擦力作用,而且三个力的合力为零,其中F1=10 N,F2=2 N.若撤去力F1,则木块在水平方向受到的合力为多少?
图3-4-5
解析:F1和F2的合力F12=F1-F2=8 N,方向向右,又因物体受三力作用且合力为零,故静摩擦力f=8 N,方向向左.若撤去力F1,则木块受F2作用而有向左运动的趋势,此时物体受到的静摩擦力为2 N,方向向右,木块仍保持静止状态,木块在水平方向受到的合力为零.答案:0
合力大小的范围:
运用合力与分力关系模拟演示器,让两个力F1和F2之间的夹角θ由0°→180°变化,可以得到:
(1)合力F随θ的增大而减小.(2)当θ=0°时,F有最大值Fmax=F1+F2,当θ=180°时,F有最小值Fmin=F1-F2.(3)合力F既可以大于,也可以等于或小于原来的任意一个分力.一般地|F1-F2|≤F≤F1+F2
问题:如何求多个力的合力?
引导学生分析:任何两个共点力均可以用平行四边形定则求出其合力,因此对多个共点力的合成,我们可以先求出任意两个力的合力,再求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.3.矢量和标量
问题:我们学过许多物理量,如:长度、质量、时间、能量、温度、力、速度等.这些物理量有什么异同?
引导学生分析:力、速度是既有大小又有方向的物理量,而质量、时间、能量、长度等物理量只有大小,没有方向,前者叫矢量,后者叫标量,矢量的合成遵守平行四边形定则.二、共点力
学生自学课本上有关共点力的知识,教师提示学生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?
3.力的合成的平行四边形定则有没有适用条件,如果有,适用条件是什么?
注:这一部分知识相对简单,可以通过学生自学,锻炼学生的阅读能力和自学能力.参考答案:
1.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.22中鸿智业信息技术有限公司
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3.力的合成的平行四边形定则只适用于共点力作用的情况.课堂训练
1.甲、乙两个小孩共同推着一辆小车在水平地面上以0.5 m/s的速度向右匀速运动,丙小孩单独使同一辆小车在同一水平面运动,下列情况中丙对车的作用力与甲、乙对车的合作用力相同的是()
A.丙推着小车以0.5 m/s的速度向右匀速运动
B.丙拉着小车以0.5 m/s的速度向右匀速运动
C.丙推着小车以0.5 m/s的速度向左匀速运动
D.丙推着小车由静止开始向右运动的瞬间
2.关于两个大小不变的共点力F1、F2与其合力F的关系,下列说法中正确的是()
A.F的大小随F1、F2间夹角的增大而增大
B.F大小一定大于F1、F2中最大者
C.F大小随F1、F2间夹角的增大而减小
D.F大小不能小于F1、F2中最小者
3.大小分别为30 N和25 N的两个力,同时作用在一个物体上,两个力的合力F的大小一定为()
A.F=55 N
B.F≤5 N
C.F≥55 N
D.5 N≤F≤55 N
4.如图3-4-6为两个共点力的合力F跟它的两个分力之间的夹角θ的关系图象,则这两个分力大小分别是()
图3-4-6
A.1 N和4 N
B.2 N和3 N
C.1 N和5 N
D.2 N和4 N
答案:1.AB 2.C 3.D 4.合力为零
5.B 课堂小结
1.互成角度的二力合成,不是简单地利用代数方法相加减,而是遵守平行四边形定则,即合力的大小不仅取决于两个分力的大小,而且取决于两个分力的夹角.2.对平行四边形定则的认识,是通过实验归纳来完成的,实验归纳的步骤是:提出问题→设计实验→进行实验→数据分析→多次实验→归纳总结→得出结论.布置作业
1.教材第64页“问题与练习”
3、4.2.课下同学们自己观察一下生活中有哪些类似的情况,可以用一个力代替多个力来达到同样的效果,想一下,为什么有时人们不用一个力去做而要用多个力来做呢?
板书设计 4 力的合成
1.合力:一个力与几个力产生了同样的效果,可以用这一个力代替那几个力,这一个力
是那几个力的合力,那几个力是这一个力的分力.2.力的合成:求几个力的合力的过程叫做力的合成.(1)平行四边形定则:求互成角度的两个力的合力,可以用表示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表示合力的大小和方向,这就是平行四边
形定则.(2)合力F与F1及F2的夹角的关系:
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①合力F随θ的增大而减小.②当θ=0°时,F有最大值Fmax=F1+F2,当θ=180°时,F有最小值Fmin=F1-F③合力F既可以大于,也可以等于或小于原来的任意一个分力.一般地|F1-F2|≤F≤F1+F2.(3)多个力的合成: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
到所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合力.3.矢量和标量
4.共点力
活动与探究
1.课题:如何最省力
活动内容:刚才我们用两个女同学把一桶水提到了讲桌上,下面我们来重做一下感觉怎样才最省力.结论:二力方向基本平行时最省力.2.课题:谁的力量大
活动内容:让两个男同学用最大力气拉直一根绳子,在绳子中间系一根绳子让一位女同学轻拉,为什么女同学很轻松就把绳子拉弯?
提示:利用合力的大小与分力夹角之间的关系来解释.通过活动引导学生画图解决问题.习题详解
1.解答:两个力的夹角为0°时,它们的合力最大,为12 N;当两个力的夹角为180°时,它们的合力最小,为8 N;当两个力的夹角由0°逐渐增大到180°时,它们的合力逐渐减小,即合力的大小在12 N和8 N之间;由此可见,两个力的合力可以等于10 N,不能等于5 N和15 N.2.解答:当两个力的合力为零时,由于一个力向东,大小为6 N,则另一个力的方向必向西,大小也为6 N.将方向向东的、大小为6 N的力改为向南时,二力相互垂直,如图3-4-7所示,它们的合力的大小为62 N,方向为西偏南45°.图3-4-7
图3-4-8
3.解答:如图348所示,选用1 cm长的线段表示30 N的力,作出力的平行四边形,量得表示合力F的对角线长6.8 cm,则合力的大小F=30×
6.8N=204 N.量得F与F1的夹角为17°.当1两个力的夹角为150°时,解答方法相同.4.解答:(1)正确
(2)错.如果两个分力之间的夹角较大,合力可以比任意一个分力都小.(3)错误.例如当两个分力的方向相反时,一个较小的分力增大可能使合力变小.设计点评
学生习惯于代数运算,产生定势思维,所以对矢量运算特别不习惯,不易接受.因此在作用效果相同的基础上理解合力与分力的关系,理解平行四边形定则,是难点.平行四边形定则的探索是应用的重点.所以,无论从课堂讲解,还是实验的设计操作、习题练习、课后
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【关键词】分力;合力;图解法;平行四边形定则
【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089(2016)28-0209-02
对于中职学生而言,他们对物理课本所讲的关于共点力的合成和分解的概念,一般都能接受,但对于需要深入思考的一些习題,却不知如何着手。针对这点,我在教学中通过探究,寻找方法和技巧,把繁琐的数学公式法转变为图解法,结合平行四边形定则等规律,使较困难的问题变得简单、明了、易接受。
从讲力的概念开始我就稳扎稳打,讲透受力物体和施力物体的意义。指出受力物体和施力物体是相对的。为力的合成与分解的讲解做好铺垫,力的合成与分解,是力的概念的进一步抽象和应用。这种抽象和应用是以力产生的实际效果为依据的,因而在分析合力与分力过程中永远离不开力的等效。在实际应用中力的合成与分解可以简化问题,但只有找对方法,才能达到事半功倍的效果。首先要先了解合力和分力,力的分解和合成的概念:对于同一物体而言,如果一个力产生的效果跟几个力共同作用的效果相同,则这个力就叫那几个力的合力,而那几个力就叫这个力的分力。合力和分力之间是效果上的等效“替代”关系,它们之间具有合成与分解的关系。在分析力的合成与分解问题的动态过程中,结合多年教学,经过不断的探讨和研究,结合例题应用图解法对力的合成与分解的动态过程进行探究:
探究一:已知两个分力F1和F2大小不变,它们之间的夹角θ在随时改变,求它们合力F的变化?
公式法分析: 由于θ角在0?和180?之间变化,cosθ的值在1到-1之间变化,合力F 等于F12+F22+2F1F2cosθ在(F1+F2)2和(F1-F2)2之间变化,所以|F1-F2|≦F≦F1+F2,这里涉及到完全平方和、完全平方差公式和复杂的推导过程。
作图法分析:F1和F2分别用两条线段表示,逐渐改变θ的大小,(1)θ=0?;(2)0? <θ<90?;(3)θ=90?;(4)90?<θ<180?;(5)θ=180?。观察F的变化。依据平行四边形定则,如下图一所示:
结论:两个分力F1和F2大小不变,它们之间的夹角θ在随时改变,则它们的合力|F1-F2|≦F≦F1+F2。(两分力同向时取最大值,反向时取最小值)。
探究二:若两个分力的夹角不变,其中一个分力不变,另一个分力增大,分析其合力变化:
1.当θ=0?,合力肯定增大,且方向不变,如图二所示:
2.当时0?<θ≦90?时,合力的变化如图三所示:
结论:若两个分力的夹角0?<θ≦90?,且保持不变,其中一个分力不变,另一个分力逐渐增大,其合力也随之增大。
3.当时90?<θ<180?时,合力的变化如图四所示:
结论:若两个分力的夹角90?<θ<180?时,且保持不变,其中一个分力不变,另一个分力逐渐增大,其合力先减小后增大。当F合与其中增大的分力F2垂直时,F合最小,此时F2=F1sinθ。
案例:如图五所示,水平放置的物体在斜向上的拉力F的作用下,处于静止状态,当F逐渐增大到物体即将相对水平面向前运动的过程中,水平面对物体的作用力可能怎样变化?( )。
A、逐渐减小 B、先减小后增大
C、逐渐增大 D、先增大后减小
分析:1.首先对物体进行受力分析,如图六所示,物体受到自身的重力G,水平面对物体的支持力N,水平面对物体的静摩檫力Ff和与水平面夹角为θ的斜向上的拉力F。
2.在初始状态时,拉力F的大小未知,所以水平面对物体的摩擦力大小未知,故在斜向上的拉力F逐渐增大的过程中,水平面对物体的作用力的变化存在多种可能性。
3.本案例中问的是水平面对物体的作用力,这个作用力是指水平面对物体的支持力N和水平面对物体的静摩檫力Ff的合力,因为物体始终保持静止状态,所以水平面对物体的作用力和物体重力G与拉力F的合力是平衡力。两个力平衡的条件:两个力作用于同一物体,大小相等,方向相反,作用于同一条直线上。因此,判定水平面对物体的作用力的变化就转化为分析物体重力G与拉力F的合力的变化。
4.物体重力G与拉力F的合力变化,本题属于探究物体重力G与拉力F夹角为(90?+θ)两个分力,其中一个力(G)不变,另一个力(F)增大时,合力的变化情况,通过上述分析可知:1、若两个分力的夹角0?<θ≦90?,且保持不變,其合力随着其中一个分力的增加而增大。2、若两个分力的夹角90?<θ<180?时,且保持不变,其合力随着另一个分力先减小后增大。合力和那个增加的李垂直时,合力达到了最小值。
5.具体情况:当初始状态F≧Gsinθ时,随着斜向上拉力F逐渐增大,F合逐渐增大,水平面对物体的作用力也逐渐增大,当初始状态F 探究三:已知合力和分力的某些要素,判定未知要素的唯一性。 (1)已知合力F和两个分力F1和F2的方向,判定两个分力的大小? 方法:依据平行四边形定则,过合力F 的末端分别作两个分力F1和F2的平形线,两个交点即为两个分力的末端,如图七所示,两个分力是唯一确定的。 (2)已知合力F和其中一个分力F1的大小和方向,判定另一个分力的大小和方向? 方法:依据平行四边形定则,把合力F 的末端和分力F1的矢端相连接,然后分别过合力F的始端和分力F1的末端作对边的平行线,两条线的交点即确定另一分力大小和方向,另一个分力大小和方向是唯一确定的。
(3)已知合力F和其中一个分力F1的大小和另一个分力F2的方向,判定一个分力F1的方向和另一个分力F2的大小?
方法:以合力F的末端为圆心,以分力F2为半径画圆,查找与分力F1所在直线交点的情况,如图八所示:
情况一:当圆与分力F1所在直线无交点时,此题无解,即分力F2不存在。
情况二:当圆与分力F1所在直线有一个交点时,此题有一解,即分力F2有唯一确定。
情况三:当圆与分力F1所在直线有两个交点时,此题有两个解,即分力F2的值不唯一确定。
对于情况二和情况三,依据平行四边形定则,确定解的个数后分别过合力F的始端和分力F1的末端作对边的平行线,两条线的交点即确定另一分力的方向。
(4)已知合力F和两个分力F1和F2的大小,判定两个分力的方向?
方法:以合力F的末端和始端为圆心,分别以分力F1和F2为半径画圆,查找两个圆交点的情况,如图九所示:
情况一:当两个圆无交点时,此题无解,即分力F1和分力F不存在。
情况二:当两个圆相切有一个交点时,此题有一解,即分力F1和分力F2唯一确定。
情况三:当两个圆之间有两个交点时,此题有两个解,即分力F1和分力F2的值不唯一确定。
对于情况二两个力方向相同。
对于情况三,依据平行四边形定则,确定解的个数后分别过合力F的始端和末端作对边的平行线,两条线的交点即确定两个分力的方向。
结论:根据上述研究,已知合力,在分解过程中,两个分力中确定任意两个要素(大小和方向),未知分力的大小和方向都是可以确定的。
案例:如图十所示,用细绳系住挂在光滑竖直面上的小球,细绳与竖直面的夹角为θ,当θ角逐渐减小,直至为0时,在整个变化过程中,细绳上的拉力将怎样变化( )。
分析:
(1)首先对物体进行受力分析,如图十所示,物体受到自身的重力G,竖直面对物体的支持力N和与竖直面夹角为θ的斜向上的细绳的拉力F。
(2)由于物体受到自身的重力的作用,它产生了两个作用效果,一是小球对细绳的拉力,二是小球对竖直面的压力,重力为合力,小球对细绳的拉力和小球对竖直面的压力为两个分力。
(3)本题是把一个力(G)分解为两个分力(N和F)的典型问题,其特点是合力不变,其中一个分力N的方向不变,大小可变;另一个分力F的方向和大小都在变,如图所示F的大小随着方向的改变而改变,N的大小也随时在改变,有无数解,没有确定值。
(4)用图解法分析此題,做出力的分解图示,当细绳与竖直面夹角逐渐减小时,细绳上的拉力将逐渐的减小,小球对竖直面的压力也逐渐的减小,当θ逐渐趋于0时,达到一个极小值,小球对竖直面的压力为零,小球对细绳的拉力最小等于小球的重力。故选项A正确。
力的合成与分解满足平行四边形定则,中职学生经过反复的练习能够掌握基本的画图方法,但对于合成和分解中的动态变化问题,学生分析还有一定的难度,这就需要我们老师多动脑,多研究,寻找适合中职学生的解题方式和方法。通过本文的讲解,我们发现“图解法” 分析是有效突破学生思维的瓶颈,它帮助了学生有效的进行理解、分析。所以遇到这一类问题用“图解法”进行分析总结很有必要.推而广之,在物理教学中用“图解法”分析物理中的某一动态变化过程,一目了然,教师要逐步渗透这种分析问题的方法,用“图解法”来具体分析物理变化过程,能够有效的提高学生的分析解决问题的能力。
参考文献:
[1]林芳.力的合成(初二、初三)[J].数理天地(初中版),2005年Z1期
[2]闫新全.《力的合成》教学设计[J].教学与管理,2002年31期
[3]张玉光.力的合成或分解中坐标系的选取[J].技术物理教学,2005年01期
[4]秦朝银.解答力的合成与分解问题的特殊方法[J].物理教学探讨,2005年18期
作者简介:
上课开始播放詹天佑设计的青龙桥地段两个火车头的火车上山的录像引入新课。在教学中还大量采用了学生身边抬水、划龙舟等真实的情景,贴近学生的生活实际,搭建了物理与生活之间的桥梁,让学生在富有挑战的问题情境中,学会有序的思考和从不同的.角度来思考解决问题,经历了物理知识解决实际问题的过程。
在师生共同实验探究“同一直线上两个力的合成”时,先通过具体实例建立起等效的概念,继而顺理成章地引出“等效替代”的物理研究方法,并判断运用该种方法。激发了学生兴趣,也为后来的学生分组探究实验作好了铺垫,减轻了难度,体现出“物理来自生活,物理走向社会”的物理理念,渗透了复杂问题简单化的物理研究思想,为今后的学习作好了铺垫。
1.合力:一个物体受到几个力共同作用产生的效果与一个力对物体作用产生的效果相同时,这个力就叫做那几个力的合力
2.合成:求几个力的合力叫做力的合成.
3合力的求法
1.力的平行四边形定则:如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形,那么,合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来。
2.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同一点,这几个力叫做共点力。
3.平行四边形定则的两种应用方法
(1)图解法
a.两个共点力的合成:从力的作用点作两个共点力的图示,然后以F1、F2为边作平行四边形,对角线的长度即为合力的大小,对角线的方向即为合力的方向。
b.两个以上共点力的合成: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,直到所有的力都合成进去,最后得到的结果就是这些力的合力。
(2)计算法
先依据平行四边形定则画出力的平行四边形,然后依据数学公式(如余弦定理)算出对角线所表示的合力的大小和方向。
当两个力互相垂直时,有:F=√(F1+F2) 、tanθ=F2/F1
4合力大小的范围
(1)合力F随θ的增大而减小
(2)当θ=0°时,F有最大值Fmax=F1+F2,当θ=180°时,F有最小值Fmin=F1-F2
(3)合力F既可以大于,也可以等于或小于原来的任意一个分力
一般地 | F1-F2 | ≤ F ≤ F1+F2
5矢量与标量
矢量:即有大小,又有方向,并遵循平行四边形定则的物理量叫做矢量。
标量:只有大小而没有方向,遵循代数求和法则的物理量叫做标量。
矢量和标量的根本区别就在于它们分别遵循两种不同的求和运算法则.
高一物理学习方法
有不少同学把提物理成绩的希望寄托在大量做题上,搞题海战术。这是不妥当的,“不要以做题多少论英雄”,重要的不在做题多,而在于做题的效益要高、目的要达到。做题的目的在于检查学过的知识,方法是否掌握得很好。如果你掌握得不准,甚至有偏差,那么多做题的结果,反而巩固了你的缺欠,因此,要在准确地把握住基本知识和方法的基础上做一定量的练习是必要的。而对于中档题,尢其要讲究做题的效益,即做题后有多大收获,这就需要在做题后进行一定的“反思”,思考一下本题所用的基础知识,主要针对的知识点,选用哪些物理规律,是否还有别的解法,本题的分析方法与解法,在解其它问题时,是否也用到过,把它们联系起来,你就会得到更多的经验和教训,更重要的是养成善于思考的好习惯,这将大大有利于你今后的学习。当然没有一定量(老师布置的作业量)的练习就不能形成技能,也是不行的。另外,就是无论是作业还是测验,都应把准确性放在第一位,方法放在第一位,而不是一味地去追求速度,也是学好物理的重要方面
以F1和F2的力的图示为一组邻边做平行四边形,这个平行四边形的对角线就可以表示合力F的.大小和方向.
改变两个力的夹角重做上面的实验,可以看出,用平行四边形的对角线来表示它们合力的方法是成立的.
用投影仪将交互式动画投影到屏幕上,找几名学生亲自拖动鼠标,改变两个力的夹角,观察它们的合力大小如何变化,合力与分力的夹角如何变化?
最后教师在学生观察、发言的基础上进行总结:两个力互成角度时,它们的合力小于这两个力之和,大于这两个力之差;两个力的夹角减小时,合力增大;夹角增大时,合力减小.当两个力的夹角减小到 时,合力就等于两个力之和.当两个力的夹角增大到 时,合力就等于两个力之差.因此可以说,我们在上节所学的在同一直线上二力的合成,是这里所学知识的特殊情况.
(三)总结
通过本单元的学习,学生对运动和力有了初步的了解,他们对制作小缆车、用橡筋和气球作动力驱动小车、测量力的大小、探究摩擦力的活动都非常有兴趣。在教学过程中,我特别重视激发学生的学习兴趣,培养学生自主学习的能力。在导入环节,我采取多种方式导入,如教学《我们的小缆车》,我直接提问:“你有什么办法让小车动起来?你知道哪些类型的车,他们是靠什么运动的?”教学《设计制作小赛车》,我用多媒体和图片引入,集中学生的注意力,激发了学生的学习兴趣,为下面探究活动的顺利进行起到了很大的作用。
学习这一单元,学生提出了许多问题,我总是为学生营造一种和谐的宽松气氛,积极鼓励学生敢于提问,然后进行讨论和指导,使学生懂得“疑而能问,已知知识大半”、“思维自疑问和惊奇开始”的道理,让课堂闪耀着思维的火花,让学生在置疑的过程中提高科学素养。
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