2019-2020年高一物理 第一章 力 六、力的分解(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè).doc

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2019-2020年高一物理 第一章 力 六、力的分解(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊(cè) 從容說(shuō)課 本節(jié)課承接力的合成，學(xué)習(xí)力的分解．力的分解是力的合成的逆運(yùn)算，同樣遵循平行四邊形定則． 本節(jié)教學(xué)內(nèi)容包括： (一)分力；(二)力的分解：力的分解的概念、特點(diǎn)、分解的一般方法和步驟． 本節(jié)在學(xué)習(xí)時(shí)學(xué)生難以把握的是力沿什么方向分解的問(wèn)題，所以在教學(xué)時(shí)應(yīng)注意對(duì)這個(gè) 問(wèn)題的正確處理． 結(jié)合教材內(nèi)容和特點(diǎn)，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)定位如下： 1．理解力的分解和分力的概念． 2．理解力的分解是力的合成的逆運(yùn)算，同樣遵循力的平行四邊形定則． 3．能根據(jù)力的實(shí)際作用效果進(jìn)行力的分解． 4．會(huì)用力的平行四邊形定則用作圖法求分力，會(huì)用直角三角形的知識(shí)計(jì)算分力． 本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)定位如下： 在具體問(wèn)題中如何根據(jù)力的實(shí)際作用效果和力的平行四邊形定則進(jìn)行力的分解． 本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)定位如下： 如何確定分力的方向；力的分解具有唯一性的條件． 為完成上述目標(biāo)，并能突出重點(diǎn)、突破難點(diǎn)，本節(jié)課采用實(shí)驗(yàn)觀察和歸納的方法讓學(xué)生實(shí)際感知力的作用效果，根據(jù)力的作用效果確定兩分力的方向，然后再用力的平行四邊形定則進(jìn)行分解；同時(shí)為把握好尺度，不要求用力的分解處理靜力學(xué)問(wèn)題，以降低難度，便于學(xué)生掌握． 本節(jié)課的教學(xué)程序如下： 復(fù)習(xí)平行四邊形定則，導(dǎo)人新課→實(shí)驗(yàn)類比，得到分力及力的分解的概念，并說(shuō)明力的分解同樣遵循平行四邊形定則→CAl課件模擬，實(shí)驗(yàn)演示體會(huì)課本例題中力產(chǎn)生的作用效果→得到在實(shí)際情況中，常根據(jù)力的作用效果進(jìn)行分解→變式討論合力→定時(shí)，分力與夾角之間的變化關(guān)系并分析高大的橋要造很長(zhǎng)的引橋的原因→最后作為力的分解的應(yīng)用。討論要使一個(gè)力的分力有唯一解的條件． 教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.理解力的分解與力的合成互為逆運(yùn)算，都是力的等效替代，滿足力的平行四邊形定則. 2.了解力的分解具有惟一性的條件. 3.掌握按力的效果進(jìn)行力的分解的方法. 二、能力目標(biāo) 1.培養(yǎng)學(xué)生的觀察、實(shí)驗(yàn)?zāi)芰? 2.培養(yǎng)學(xué)生用數(shù)學(xué)工具解決物理問(wèn)題的能力. 三、德育目標(biāo) 1.滲透“等效替代”的思想. 2.滲透“對(duì)立統(tǒng)一”的觀點(diǎn). 教學(xué)重點(diǎn) 在具體問(wèn)題中如何根據(jù)力的實(shí)際作用效果力的和平行四邊形定則進(jìn)行力的分解. 教學(xué)難點(diǎn) 1.如何確定分力的方向. 2.力的分解具有惟一性的條件. 教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)觀察法、歸納總結(jié)法. 教學(xué)用具 投影儀、投影片，粘有海綿的木板兩塊、鐵球一個(gè)、金屬塊一個(gè)、臺(tái)式測(cè)力計(jì)、CAI課件. 課時(shí)安排 1課時(shí) 教學(xué)過(guò)程 ［投影本節(jié)課的學(xué)習(xí)目標(biāo)］ 1.知道分力的概念及力的分解的含義. 2.知道力的分解遵循平行四邊形定則. 3.理解力的分解的方法. [學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過(guò)程] 一、 導(dǎo)入新課 ［投影出示思考題］ 1.什么叫力的合成？ 2.如何求兩個(gè)互成角度的力的合力？ 3.求下列兩個(gè)力的合力： （1）F1=30 N,F2=40 N,且方向互相垂直. （2）F1=50 N，F(xiàn)2=50 N，且互成120角. ［學(xué)生活動(dòng)］解答思考題 ［教師抽取部分學(xué)生用做圖法和解析法的求解過(guò)程并在實(shí)物投影儀上評(píng)析］ ［過(guò)渡引言］ 在力的合成中，我們知道：當(dāng)幾個(gè)力的作用效果與某個(gè)力相同時(shí)，這幾個(gè)力就可以用這一個(gè)力代替，那么反過(guò)來(lái)，也可用那幾個(gè)力來(lái)代替一個(gè)力的作用效果，這就是力的分解. 二、新課教學(xué) （一）力的分解 ［學(xué)生活動(dòng)］回憶《驗(yàn)證力的平行四邊形定則》的實(shí)驗(yàn)步驟. ［演示實(shí)驗(yàn)］ 在演示板上固定一塊白色的硬紙板，再在硬紙板上固定一根橡皮筋，在橡皮筋的另一端系上長(zhǎng)短相等的幾根細(xì)繩并打結(jié)，先用一個(gè)彈簧秤（力F）把結(jié)點(diǎn)拉到O點(diǎn)，再用兩個(gè)彈簧秤（對(duì)應(yīng)力F1和F2）互成角度地把結(jié)點(diǎn)拉到同一位置O點(diǎn). ［教師］實(shí)驗(yàn)說(shuō)明了什么？ ［學(xué)生］F1和F2的作用效果與F的作用效果相同. ［教師］能否用更多的不同的力，使它們的作用效果與F的作用效果相同呢？ ［學(xué)生活動(dòng)］思考討論并設(shè)計(jì)方案驗(yàn)證. 1.能. 2.實(shí)驗(yàn)方案：用三個(gè)或四個(gè)彈簧秤沿不同方向拉結(jié)點(diǎn)，結(jié)點(diǎn)仍能到達(dá)同一位置. 3.學(xué)生主動(dòng)到演示板上驗(yàn)證. ［教師引導(dǎo)學(xué)生］總結(jié) 1.幾個(gè)力，如果它們產(chǎn)生的效果跟原來(lái)一個(gè)力產(chǎn)生的效果相同，這幾個(gè)力就叫做原來(lái)的那個(gè)力的分力. 2.求一個(gè)已知力的分力叫做力的分解. 3.力的分解是力的合成的逆運(yùn)算，力的分解遵循平行四邊形定則. ［教師］怎樣進(jìn)行力的分解呢？ ［學(xué)生］把已知力F作為平行四邊形的對(duì)角線，與力F共點(diǎn)的兩個(gè)平行四邊形的鄰邊就是這個(gè)已知力的兩個(gè)分力F1和F2. ［出示思考題］ 同一個(gè)力的分解是否惟一呢？ ［學(xué)生活動(dòng)］思考與討論并回答： 同一個(gè)力可分解成無(wú)數(shù)對(duì)大小、方向不同的分力.因?yàn)閷?duì)于同一條對(duì)角線，可以作出無(wú)數(shù)個(gè)不同的平行四邊形. ［評(píng)析拓展］ 用數(shù)學(xué)知識(shí)解決物理問(wèn)題將是高中物理中的重要方法. [演示]力的分解 一個(gè)力可分解為無(wú)數(shù)對(duì)大小不同的分力及無(wú)數(shù)對(duì)方向不同的分力的演示方案： 如下圖所示：將橡皮筋的一端固下在黑板的上邊緣，先用一個(gè)彈簧秤將橡皮筋下端點(diǎn)拉長(zhǎng)至黑板上某處，并用粉筆標(biāo)出該點(diǎn)；然后用兩個(gè)彈簧秤將橡皮筋的下端點(diǎn)拉長(zhǎng)至黑板上同一個(gè)力可分解為無(wú)數(shù)對(duì)大小、方向不同的分力. ［過(guò)渡引言］ 一個(gè)已知力究竟要怎樣分解呢？ 在實(shí)際情況中，通常根據(jù)力的作用效果進(jìn)行分解. （二）力的分解實(shí)例分析 ［投影出示例1］ 放在水平面上的物體受到一個(gè)斜向上的拉力F，這個(gè)力與水平方向成θ角（如圖）.試求出力F的兩個(gè)分力. ［學(xué)生活動(dòng)］思考如何對(duì)力F進(jìn)行分解. ［教師］本題關(guān)鍵是弄清力F的作用效果. ［演示實(shí)驗(yàn)一］取一塊粘有厚海綿的木塊，水平放一鐵塊.可看到海綿的凹陷. 用一斜向上的力拉鐵塊，此時(shí)觀察到海綿凹陷程度變小，同時(shí)鐵塊向前運(yùn)動(dòng). ［演示實(shí)驗(yàn)二］將鐵塊放在臺(tái)式測(cè)力計(jì)上，觀察指針的讀數(shù). 用一水平力拉鐵塊，觀察指針的讀數(shù).（不變） 再使拉力的方向從水平方向緩慢向上偏轉(zhuǎn)觀察指針變化 指針示數(shù)逐漸變小. ［學(xué)生活動(dòng)］分析觀察到的現(xiàn)象并得出結(jié)論： 斜向上的拉力F產(chǎn)生兩個(gè)效果：一是水平向前拉物體；二是豎直向上提物體. 所以根據(jù)力的作用效果可以將力F分解為沿水平方向的分力F1和豎直方向的分力F2，如圖所示：力F1和力F2的大小為：F1=Fcosθ,F2=Fsinθ. ［變式訓(xùn)練］ 例1中，將作用于物體上的力F改為斜向下與水平方向成θ角（如圖），你認(rèn)為該力產(chǎn)生什么效果？分解力F并作出示意圖. ［學(xué)生活動(dòng)］ 用帶有海綿的木板與鐵塊進(jìn)行模擬，從而得到：力F產(chǎn)生的作用效果：一是水平向前拉物體，二是豎直向下壓物體. 因此可將力F分解為水平方向的分力F1和豎直方向的分力F2，如右圖所示. F1=Fcosθ F2=Fsinθ ［評(píng)析拓展］ 力的作用效果是進(jìn)行力的分解的重要依據(jù)，先根據(jù)作用效果判斷出分力的方向，再用平行四邊形定則求解. ［投影出示例2］ 將一物體放在斜面上，試求出物體重力的兩個(gè)分力. ［學(xué)生活動(dòng)］思考與討論，并從上題得到啟發(fā)，設(shè)計(jì)演示實(shí)驗(yàn)來(lái)研究重力的作用效果. 演示實(shí)驗(yàn)：用兩塊粘有海綿的木板如右圖組合，將一鐵球放到其上，觀察到兩板上海綿勻發(fā)生凹陷. 分析得到：斜面上的物體重力產(chǎn)生兩個(gè)效果： 一是使物體沿斜面下滑 二是使物體壓緊斜面. 因此，重力可按右圖分解，由于△ABC和△QON相似，故F1=Gsinθ方向：沿斜面向下.F2=Gcosθ,方向：垂直斜面向下. ［出示思考題］ 1.當(dāng)斜面傾角θ增大時(shí)，分析F1和F2如何變化？ 2.當(dāng)傾角θ減小時(shí)，F(xiàn)1和F2如何變化？ ［學(xué)生活動(dòng)］思考與討論并回答. 當(dāng)θ增大時(shí)，F(xiàn)1增大，F(xiàn)2減小. 當(dāng)θ減小時(shí)，F(xiàn)1減小，F(xiàn)2增大. ［CAI課件模擬］ 高大的橋要造很長(zhǎng)的引橋. 提問(wèn)：為什么要這樣做？ ［學(xué)生活動(dòng)］思考與討論并回答： θ的增大，將使F1增大，F(xiàn)2減小，車輛上橋時(shí)，分力F1阻礙車輛前進(jìn)，車輛下橋時(shí)，分力F1使車輛運(yùn)動(dòng)加快，為了行車的方便與安全，高大的橋要造很長(zhǎng)的引橋，來(lái)減小橋面的坡度（即減小θ）. ［變式訓(xùn)練］ 在傾角α=30的斜面上有一豎直固定的擋板，在擋板與斜面之間放有一個(gè)重為G=20 N的光滑圓球，如右下圖甲所示，試根據(jù)重力的效果將重力分解，并求出它們的大小. 甲 乙 ［學(xué)生活動(dòng)］ 用粘有海綿的兩塊木板如圖甲組合并演示，從而得到： 重力的作用效果有兩個(gè)：一是使球水平向左擠壓豎直擋板 二是使球垂直壓緊斜面. 因此可將重力按圖乙進(jìn)行分解. 由圖知：F1=Gtana= N,方向：水平向左 F2=G/cosa= N,方向：垂直斜面向下. ［評(píng)析拓展］ 斜面上物體的重力的分解并不是惟一的，要具體情況具體分析. ［投影出示例3］ 已知力F方向豎直向下，大小為30 N，它的一個(gè)分力F1水平向左，大小為40 N，求另一個(gè)分力F2的大小和方向. ［學(xué)生活動(dòng)］分析求解. ［教師抽查并投影不同的解題方法］ 解法1：作圖法：如右圖所示：則F2=10 N=50 N 方向：用量角器測(cè)得α≈53. 解法2：計(jì)算法.由三角形知識(shí)知： F22=F12+F2即F2= N=50 N tanα=F1/F=4/3故α=53 ［評(píng)析拓展］ 當(dāng)一個(gè)分力的大小、方向都確定時(shí)，力的分解也是惟一的. ［出示思考題］ 要使一個(gè)力的分解是惟一時(shí)，對(duì)兩分力有什么要求？ ［學(xué)生活動(dòng)］回憶本節(jié)課學(xué)習(xí)內(nèi)容并總結(jié) 1.已知兩個(gè)分力的方向（不在同一直線上） 2.已知一個(gè)分力的大小和方向. ［鞏固訓(xùn)練］ 將一個(gè)力F分解為兩個(gè)不為零的力，下列哪種或哪些分解方法是不可能的 A.分力之一垂直于F B.兩個(gè)分力與F都在同一條直線上 C.一個(gè)分力的大小與F的大小相等 D.一個(gè)分力與F相同 [參考答案]D [演示]常見力的作用效果. [演示一]關(guān)于斜面上物體重力分解的演示方案： 準(zhǔn)備一個(gè)長(zhǎng)方形的膠合板（或長(zhǎng)塑料尺子），用一只手把它的一端抬起以形成一個(gè)斜面，在上面放一個(gè)稍重的物體（例如一盒鉤碼），控制斜面的傾斜程度，使物體緩慢下滑的同時(shí)，也將斜面壓彎. 這樣同時(shí)提出問(wèn)題： ①物體為什么下滑？ ②斜面為什么發(fā)生了彎曲? 通過(guò)觀察：使學(xué)生認(rèn)識(shí)到物體的重力產(chǎn)生的實(shí)際效果： 一方面使物體沿斜面下滑，一方面使物體壓緊斜面． 所以．可以將重力分解成平行于斜面向下的力和垂直于斜面向下的力． [演示二]放在水平面上的物體,受到一個(gè)斜向上的拉力作用,關(guān)于該拉力作用搿演示方案。 將一滑塊用線拴著斜向上拉,適當(dāng)控制拉力的大小和方向,使滑塊被拉著向前緩慢運(yùn)動(dòng)的同時(shí)其一端被稍微拉起,這樣把拉力產(chǎn)生的實(shí)際效果直觀地表示出來(lái)． 演示的同時(shí),教師提出問(wèn)題。 ①物體為什么向前運(yùn)動(dòng)? ⑦物體的前端為什么抬起? 學(xué)生觀察現(xiàn)象．分析后得到。拉力產(chǎn)生的實(shí)際效果:方面向前拉物體;一方物體. 所以，可以將拉力滑向前和向上的兩個(gè)分力分解． [演示三]三角架上的B點(diǎn)懸掛一個(gè)重為G的物體細(xì)線對(duì)B點(diǎn)的拉力T產(chǎn)生的作用效果的演示： 如右圖所示： 找一長(zhǎng)條形的薄木板．在其中間挖一小孔，在小孔上釘上一段橡皮筋；另取一根輕桿作橫粱，其一端通過(guò)小孔頂在橡皮筋上；再取一根橡皮筋作斜粱，其一端固定在木板上端。另一端與橫粱的右端連接，當(dāng)懸掛物體時(shí)。橫粱左端的橡皮筋因受橫梁的壓力而向左凸起，作斜梁的橡皮筋因受拉力而伸長(zhǎng)． 通過(guò)觀察，體會(huì)拉力產(chǎn)生的實(shí)際效果： 一方面使斜梁受到沿斜梁向下的拉力； 一方面使橫梁受到沿橫梁向左的壓力． 因此，可將懸線的拉力沿橫梁方向和斜梁方向分解． [課堂討論] [投影]討論思考題： 1．已知兩個(gè)分力只能求出一個(gè)合力．為什么把一個(gè)力分解可以得到無(wú)數(shù)對(duì)大小同的分力? 2．把一個(gè)一定的力分解為兩個(gè)等大的力，那么，隨著兩分力間夾角的變化，兩分力的大小如何變化? 3．放在斜面上的物體，其重力分解為沿斜面的分力F1和垂直于斜面的分力F2，有同學(xué)認(rèn)為F2就是物體對(duì)斜面的壓力，這種說(shuō)法是否正確?為什么? 4．為什么力的合成和力的分解都遵守相同的定則? [學(xué)生活動(dòng)]分組討論并互相交流． [教師點(diǎn)撥] 1．以兩個(gè)分力為一組鄰邊．只能畫出一個(gè)平行四邊形，所以，根據(jù)兩個(gè)分力只能求出一個(gè)合力．而僅僅根據(jù)一條對(duì)角線可以作出無(wú)數(shù)個(gè)平行四邊形，有無(wú)數(shù)對(duì)不同的斜邊，所以如果沒(méi)有其他條件限制，可以把一個(gè)力分解成無(wú)數(shù)組大小、方向不同的分力． 2．在合力一定的情況下，隨著兩等大的分力間的夾角的增大。兩分力增大，隨著兩分力間夾角的減小，兩分力也減?。? 3．重力的分力F2仍是由于地球的吸引而產(chǎn)生的．作用在物體上，其效果是使物體壓緊斜面；而物體對(duì)斜面的壓力是彈力，是由于物體形變產(chǎn)生的，其受力物體是斜面，所以重力沿垂直于斜面的分力F2。與物體對(duì)斜面的壓力是兩個(gè)不同的力． 4．因?yàn)榱Φ暮铣膳c力的分解都是矢量運(yùn)算，所以都遵守相同的法則，且它們互為逆運(yùn)算. 三、小結(jié) [投影]小結(jié)思考題 1．如果幾個(gè)力的 跟原來(lái)一個(gè)力產(chǎn)生的 ，這幾個(gè)力就叫原來(lái)那個(gè)力的分力. 2．求 叫做力的分解. 3．力的分解是力的 的逆運(yùn)算，同樣遵守 定則. 把一個(gè)己知力作為平行四邊形的 ，那么，與己知力共點(diǎn)的平行四邊形的兩個(gè) ,就表示己知力的兩個(gè)分力. 四、作業(yè) 1.課本作業(yè)P15 練習(xí)五 2.思考題 兩人共提一桶水，夾角大些省力還是夾角小些省力？ [參考答案]夾角小些省力. 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.在已知的一個(gè)力的分解中，下列情況中具有唯一解的是（ ） A.已知兩個(gè)分力的方向，并且不在同一直線上 B.已知一個(gè)分力的大小和方向 C.已知一個(gè)分力的大小和另一個(gè)分力的方向 D.已知兩個(gè)分力的大小 2.在力的分解中，下列結(jié)論中正確的是（ ） A.3 N的力可以分解為6 N和3 N的兩個(gè)分力 B.10 N的力可以分解為10 N和10 N的兩個(gè)分力 C.2 N的力可以分解為6 N和5 N的兩個(gè)分力 D.10 N的力可以分解為5 N和4 N的兩個(gè)分力 3.已知力F的一個(gè)分力F1跟F成30，大小未知，另一分力F2的大小為F，方向未知，則F1的大小可能是（ ） A. F B. F C.F D. F 4.有三個(gè)力：F1=2 N，F(xiàn)2=5 N，F(xiàn)3=8 N，則下列說(shuō)法中正確的是（ ） A.F1可能是F2和F3的合力 B.F2可能是F1和F3的合力 C.F3可能是F1和F2的合力 D.這三個(gè)力的合力一定不等于零 5.將20 N的力分解成為兩個(gè)互相垂直的力，其中一個(gè)分力是12 N，那么另一個(gè)分力大小應(yīng)為______ N. 6.將18 N的豎直向下的力F分解為兩個(gè)力，其中一個(gè)沿水平方向，另一個(gè)沿豎直方向成30角，那么水平方向的分力大小為______ N，另一個(gè)分力的大小為______ N 7.如圖，已知合力大小為F，一個(gè)分力與合力的夾角為θ，則另一個(gè)分力的大小至少為______.若已知與合力F夾角為θ的分力的大小也是F，則另一個(gè)分力的大小為______. 8.挑水時(shí)，水桶上繩子的狀況分別為a、b、c三種情形（如圖），則繩子在______種情況下最容易斷？ 9.請(qǐng)畫出下圖中小球重力的分力. 10.如下圖所示，兩完全相同的小球在擋板作用下靜止在傾角為θ的光滑斜面上，求甲、乙兩種情況下小球?qū)π泵娴膲毫χ? ［參考答案］ 1.AB 2.ABC 3.AC 4.D 5.16 N 6.6 7.Fsinθ,2Fsinθ/2 8.C 9.重力的分解如右圖所示： F1=Gtana F2=G/cosa 10.解：甲、乙兩種情況下球的重力產(chǎn)生的效果都是壓緊擋板和使球壓緊斜面，將球的重力G分解，如下圖甲、乙所示. 由圖甲、乙可知球?qū)π泵娴膲毫Γ? F甲=F2=G/cosθ F乙=F2′=Gcosθ 故：甲、乙兩種情況下小球?qū)π泵娴膲毫χ龋? F甲：F乙=1∶cos2θ