1、力的等效和替代一、 教学目标知识与技能:1理解合力、分力、力的合成、分解的概念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。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、 教学内容剖析1、 本节课的地位和作用:本节在承接“力”的基础知识上,讲述力的等效和替代,是学习力的合成与分解
2、所必需的预备知识。2、 节课教学重点:让学生知 道等效和替代是一种重要的科学思维方法。3、 本节课教学难点:实验探究方案的设计与实施三、 教学思路与方法:本节课重点让学生探究并理解力的等效与替代,但对于刚入高中学习不久的高一学生从数形结合角度去探究物理规律是有难度的,在教学中尽量呈现学生有体验的情景,让学生兴趣盎然地走完探究之路,是本课要达到的目的之一。先通过一个例子,让学生在理清一些基本概念之后,就让学生在实验基础上开始猜想两共点分力与合力的关系,再引导学生在实验中验证猜想探究结论。故本节课的设计本着使研究性学习方式渗透到学科课堂教学中的信念,让学生充分体验知识获得的过程,感悟其中的方法,在
3、许多实验中切 实提高学生的实验技能及培养学生协作精神和实事求是的科学精神。探究、讲授、讨论、练习是本节所用的方法。四、 教学准备: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、铅笔五、 课堂教学设计教学环节教学内容 师生互动 设计意图 备注引入新课师:不同的力,其作用效果是不同的。影响力的作用效果的因素有力的大小、力 的方向和作用点这三个要素。通过最简单的事例,让学生体会力的等一、力的图示力的三要素:大小、方向、作用点。力的作用和三要素都有关系。一根带有箭头的线段把力的三要素表示出来叫力的图示。二、力的等效和替代师:(以题讲解力的图示的
4、步骤)如图 311 所示,绳对物体竖直向上的拉力大小为 150N,用力的图示法表示拉力解析:画力的图示要严格按照以下步骤进行:(1)选定标度(2)从作用点沿力的方向画一线段,线段长短按选定的标度和力的大小画线段上加刻 度,如图甲所示从 O点竖直向上画一段 3 倍于标度的线段;(3)在线段终点上加箭头表示力的方向为了简便也可以照图乙那样不画物体,而用质点来表示物体,画出力 F 的图示生:练习师:巡视指导并总结由于高中对物体进行受力分析的时候很多,力的图示画起来比较麻烦,我们以后会经常画一种简化的力的图示力的示意图力的示意图是在力的图示的基础上,不对力的大小有具体的要求,只画力的作用点和方向,表示
5、物体在这个方向上受到了力我们在以后经常要用到这种方法,希望大家能够熟练掌握师:画力的图示,应按怎样的步骤进行?(学生回答,老师补充)生: 选定标度 从作用点沿力的方向画一线段,线段长短按选定的标度和力的大小画,线段上标刻度。 在线段上加箭头表示力的方向。有时为了使画图简便,不画物体,而用一个点表示物体,然后做力 F 的图示。生:练习师:巡视指导并总结由于高中对物体进行受力分析的时候很多,力的图示画起来比较麻烦,我们以后会经常画一种简化的力的图示力的示意图力的示意图是在力的图示的基础上,不对力的大小有具体的要求,只画力的作用点和方向,表示物体在这个方向上受到了力我们效及合力与分力。在以后经常要用
6、到这种方法,希望大家能够熟练掌握师:画力的图示,应按怎样的步骤进行?(学生回答,老师补充)生: 选定标度 从作用点沿力的方向画一线段,线段 长短按选定的标度和力的大小画,线段上标刻度。 在线段上加箭头表示力的方向。有时为了使画图简便,不画物体,而用一个点表示物体,然后做力F 的图示。演示实验)让学生把一桶水或一个重物从地面上想办法放在桌面上师:(对一个大个同学提问)这位同学你的做法是什么?请具体操作一下生:我用一只手就可以把它提到桌面上(同时演示)师:(对瘦弱的女生提问)你们的做法是什么?生:我们可以两个人把它抬上来(同时演示)师:同学们仔细观察会发现,一位力气大的同学只用一只手一个力就可以把
7、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师:在上面的实验中,一个力与二个力产生了同样的效果,可以用这一个力代替那几个力,这一个力与那几个力是什么关系? 1、合力、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原来的那几个力叫分力。2、求几个力合力的过程叫做力的合成生:这一个力是那几个力的合力,那几个力是这一个力的分力师:请同学们用自己的话总结什么叫合
8、力生: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 的合力师:原来的那几个力叫做分力,你能用自己的话总结一下什么是力的合成吗?生:求几个力合力的过程叫做力的合成师:那么几个力的合力怎样来求呢?下面我们设计一个实验来探究一下求合力的方法来源:学科网 ZXXK 三、寻找等效力实验步骤:(1)在桌上平放一个方木师:既然合力与分力可以相互替代,那么它们之间存在什么关系?我们先来看一个演示实验(用两只弹簧秤成一定角组织分组实验,让学生在实践中探板,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
9、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
10、提起这个物体,看这时弹簧秤的读数)学生需要仔细观察读数师:看一下两只弹簧秤的示数之和是不是等于一只弹簧秤的读数生:(观察实验现象,读取实验数据并进行简单处理)一只弹簧秤的读数不等于两只弹簧秤的读数之和,而是 比两只弹簧秤读数之和稍微小一些师:(微笑鼓励)这位同学观察得很仔细,按照算术法则,两只弹簧秤的读数之和 应该等于一只弹簧秤的读数,可见合力与分力之间的关系并不是简单地相加减那么它们之间的关系到底是怎样的呢?首先明确实验的目的是什么生:探究求合力的方法师:实验依据的原理是什么?(启发合力的定义)生:(学生齐声回答)合力的作用效果与几个力共同作用的效果相同师:下面我们根据提供的器材,同学们分小
11、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师:在做实验之前,让一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生:力的作用效果有两种,一种是改变物体的运动状态,一种是使物体发生形变要探究一个力的作用效果和两个力的作用效果相同,从这两个方面人手都可以 ,只是用力改变物体的运动状态不如使物体发生形变容易控制,所以我们选择的是用力改变
12、物体的形变这种方法来探究合力和分力的关系;对于物体的选择,我们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,这里仅举一例作为代 表)师:(同学鼓掌鼓励)刚才这位同学代表他们组说得非常好,我们现在根据同学们自己选择的器材来设计实验方案首先考虑实验步骤怎样进行究并获得知识来源:学科网 ZXXK引导学生思来源:Zxxk.Com小结:合力与分力之间是等效替代
13、的关系作业:P59 2、3 题师:(提示)在这个实验中一个力与两个力等效的标志是什么?生 1:橡皮筋伸长量相同生 2:除了伸长量相同之外还应该伸长到同一个位置,因为力是矢量,既有大小又有方向师:刚才第二个同学补充得非常好,一定要考虑到力的矢量性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注意事项: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。 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 画力的图示时,应选定恰当的标度,
14、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在同一次实验中,橡皮条拉长的结点 O 位置一定要相同由作图法得到的 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符合如图 343 所示考来源:学科网 ZXXK六、 视野拓展科学的思维方法等效替代法等效替代就是相互替代的效果相同利用等效法,不仅可以使非理想模型变为理想模型,使复杂问题变成简单问题,而且可以使感性认识上升到理性认识,使一般理性认识升华到更深层次用“等效法”来研究问题,如我们初中学过的阿基米德原理,阿基米德巧妙的用溢流杯把溢出的水收集起来再倒入阿基米德金属桶,得到物体所
15、受到的浮力等于物体排开水的重力,这就是实验中常用的一种“等效替代法” 在中学物理中,合力与分力、合运动与分运动、平均速度、重心、热功当量、交流电的平均值和有效值;几何光学中的三条特殊光线、虚物等,都是根据等效思想引入的如果在物理概念的理解、解答物理习题过程中运用等效法,使学生明确在分析和解答物理问题时,一般需要将生活语言转化为物理语言,精炼成数学语言,需要将复杂的问题通过等效法,提炼、简化,找出问题的本质,使学生在学习中用等效法开创性地解决问题我们在中学阶段即将学习的重力场(引力场) 、电场和磁场,如果空间同时存在多个场,为研究方便我们常把几个场合成,用一个场等效替代例如为了形象描述电场,总是
16、画出假想的电场线,如果空间有多个电荷,我们总是用一个合电场等效代替这些电荷的电场,所画的电场线就是这个合电场的电场线由于重力场和匀强电场性质很相似,所以有时空间同时存在一个匀强电场和一个重力场,我们也可用一个场来等效代替,但这个场的性质就无法讲了,不妨暂且称它为“等效重力场”吧!当然由于放入电荷的电性、电荷量不同,等效重力场强度也不同例如一单摆摆长为 l,摆球质量为 m,带正电且电荷量为 q,放在竖直向下的匀强电场中,场强为 E,求此单摆做简谐运动时的周期这里同时存在两个场,摆球在摆动过程中受到两个竖直向下的力:重力和电场力,它们的沿切线方向的合力都提供回复力,相当于重力 增大了,所以我们用一
17、个等效重力场代替再如交流电的有效值,就是用交流电与直流电在热效应里产生的“等效作用”来确定的物理实验中常用的“替代法”也是一种 “等效法” ,不少学生掌握了这种实验方法,就能克服实验仪器的不精确或实验原理的不完善带来的系统误差如有的学生“用一架不等臂天平秤物体质量”除通常用“复称法”测量外,还自己设计一种“替代法”测量,他的方法是:把要称的物体放在天平的一只盘上,在另一盘加沙粒,直到天平平衡为止,然后把物体拿下,代之以砝码,使天平再次平衡(另一盘砂粒不能变动) ,这时盘上砝码质量就是等于物体的质量总之,等效替代法是物理学中研究问题的一种重要方法,同学们要通过一些实例,开动脑筋,认真领会来源:Zxxk.Com