1/1力的等效和替代教學(xué)目標(biāo)（1）了解力的圖示法,區(qū)別力的圖示和力的示意圖.（2）理解力的合成與分解本質(zhì)上是從作用效果相等的角度進(jìn)行力的相互替代.教學(xué)重點(diǎn)：探究合力與分力的關(guān)系。教學(xué)難點(diǎn)：探究合力與分力的關(guān)系。教學(xué)用具：彈簧秤、刻度尺等。課時(shí)安排1課時(shí)教學(xué)過程[引入新課]師：通常物體都會(huì)受到多個(gè)力的作用，許多情況下這些力的作用可以與某個(gè)力作用產(chǎn)生同樣的效果。例如，一輛小汽車陷進(jìn)了泥坑，需要十幾個(gè)人連推帶拉才能把它從泥坑中拉出來，如果用另一輛汽車用繩子牽一下，就可以把它從泥坑中拉出來，這時(shí)一輛汽車的牽引和十幾個(gè)人的作用力是怎能樣的關(guān)系呢？生：是等效的。師：人們?cè)趯?shí)踐中認(rèn)識(shí)到了力的等效性，逐步找到了力之間相互等效替代的規(guī)律，今天我們就要來共同探討一個(gè)新的課題——力的等效和替代。[新課教學(xué)]1、力的圖示師：力是有大小的，力的大小用什么來測(cè)量？在國(guó)際單位制中，力的單位是什么？符號(hào)是什么？生：力的大小用測(cè)力計(jì)來測(cè)量，力的單位為牛頓，符號(hào)為N。師：僅說一個(gè)力多大(是多少N)能不能完整地表達(dá)了這個(gè)力？生：不能。師：該如何進(jìn)行描述呢？生：包括力的大小、力的方向和力的作用點(diǎn)。師：怎樣來表示力呢？生：思考、討論并總結(jié)“方法一：可以用語言把一個(gè)力的大小、方向和作用點(diǎn)敘述出來；方法二：可以用力的圖示法來表示力；方法三：可以用力的示意圖來表示力。師：具體如何用力的圖示來表示力呢？生：力的圖示。為了形象地表達(dá)一個(gè)力，可以用一條帶箭頭的線段(有向線段)來表示：線段的長(zhǎng)短表示力的大??；箭頭指向表示力的方向；箭尾(或箭頭)常畫在力的作用點(diǎn)上(在有些問題中為了方便，常把物體用一個(gè)點(diǎn)代表)。例1(教師做)：卡車對(duì)拖車的牽引力F的大小是2000N，方向水平向右，作出力F的圖示。步驟：選一標(biāo)度(依題而定其大小)：如用1cm長(zhǎng)的線段表示500N的力。從力F的作用點(diǎn)O向右水平畫一線段四倍于標(biāo)度(4cm)，然后畫上箭頭(圖1)：例2(學(xué)生做)：作出下列力的圖示：(可同時(shí)出三個(gè)題，全班分三組，每組做一個(gè)題，并分別選一個(gè)學(xué)生在黑板上做。)①物體受250N的重力。②用細(xì)線拴一個(gè)物體，并用400N的力豎直上提物體。③水平向左踢足球，用力大小為1000N。答案：說明：①選不同標(biāo)度(單位)，力的圖示線段的長(zhǎng)短可不同；②標(biāo)度的選取要有利于作圖示。師：上述三例的受力物體和施力物體分別是什么？生：①分別為物體和地球；②物體和細(xì)線；③腳和球。師：回憶初中所學(xué)過的知識(shí)。力的作用效果是什么？生：力的作用效果是使物體發(fā)生形變；改變物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。(可利用已有的彈簧秤等演示，總結(jié)上述兩方面效果。)今后我們將定量地研究力的作用效果。教師小結(jié)：力不但有大小，而且有方向。大小、方向和作用點(diǎn)常稱為力的三要素。力的圖示是形象地表述一個(gè)力的方法，不要忘記定標(biāo)度。力的圖示要正確反映力的三要素。2、力的等效教師介紹馬德堡半球?qū)嶒?yàn)：1654年，在德國(guó)的馬德堡市，有人做了一個(gè)轟動(dòng)一時(shí)的實(shí)驗(yàn)。在實(shí)驗(yàn)中，把兩個(gè)空心銅制半球合在一起，抽去球中的空氣后，用兩支馬隊(duì)向相反方向拉這兩個(gè)半球。結(jié)果，當(dāng)兩支馬隊(duì)各增加到8匹馬時(shí)，才將它們拉開。這就是著名的馬德堡半球?qū)嶒?yàn)。師：如果用兩頭大象來代替兩支馬隊(duì)，這兩個(gè)半球也能被拉開。這說明了什么？生：說明了從力的作用效果上看，一頭大象的拉力與8匹馬的拉力是相同的。討論與交流兩個(gè)小孩共同提起一桶水和一個(gè)大人單獨(dú)提起一桶水，效果相同嗎？參考答案：相同。3、力的替代師：已知同一直線上的兩個(gè)力F1、F2的大小分別為2N、3N，如果F1、F2的方向相同，那以它們的合力大小是多少？合力沿什么方向？生：5N，方向與F1、F2的方向相同。師：如果F1、F2的方向相反，那么它們的合力大小是多少？合力沿什么方向？生：1N，方向與較大的那個(gè)力的方向相同。師：同一直線上兩個(gè)力的合力，與兩個(gè)力的大小、方向兩個(gè)因素有關(guān)。這就是初中所學(xué)的“同一直線上二力的合成?！痹诂F(xiàn)實(shí)生活中，有這樣的例子：兩位同學(xué)沿不同方向共同用力提住一袋土石，解放軍戰(zhàn)士一人也能提住同一袋土石。學(xué)生閱讀課文總結(jié)得出：如果一個(gè)力的作用效果與另外幾個(gè)力的共同作用效果相同，那么這個(gè)力與另外幾個(gè)力可以相互替代，這個(gè)力稱為另外幾個(gè)力的合力，另外幾個(gè)力可以稱為這個(gè)力的分力。在物理學(xué)中，通常從作用效果相同這一觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)具體情況進(jìn)行力的替代，稱為力的合成與分解。實(shí)驗(yàn)探究1尋找等效力DOCDOC〖實(shí)驗(yàn)步驟〗（1）器材的選?。喝鐖D所示的演示儀、彈簧秤、橡皮筋、細(xì)繩、鉤碼若干,印有間隔相等的同心圓的紙足量.（2）用兩根細(xì)繩系著橡皮筋的一端,橡皮筋的另一端固定在儀器頂端的小釘上,調(diào)節(jié)器材上的兩個(gè)滑輪的距離,使之便于操作.（3）分別在細(xì)繩下懸掛鉤碼若干,并把細(xì)繩置于滑輪上(注意使橡皮筋、細(xì)繩在同一豎直平面上).記錄兩繩上懸掛鉤碼的數(shù)量和兩繩與紙邊的交點(diǎn)C、D.（4）待橡皮筋伸長(zhǎng)且穩(wěn)定后把印有同心圓的紙置于橡皮筋與細(xì)繩的后面,并使同心圓的圓心O和橡皮筋與細(xì)繩的結(jié)點(diǎn)重合.并用圖釘固定紙片.（5）卸去鉤碼,直接用一個(gè)彈簧秤拉細(xì)繩(注意使橡皮筋、細(xì)繩、彈簧秤在同一豎直平面上),OJ·OJ··OCDJ··（6）取下紙片,作射線OC、OD、OJ,并用力的圖示法作出三個(gè)力(力的比例線段以三個(gè)矢量的長(zhǎng)度都不超出紙邊為宜).（7）相鄰箭頭用虛線相連,構(gòu)成一個(gè)由兩個(gè)三角形組成的四邊形.（8）觀察這個(gè)四邊形的特點(diǎn)(若誤差不大,這個(gè)四邊形是平行四邊形,合力在其對(duì)角線上).（9）改變砝碼的數(shù)量,重復(fù)上述實(shí)驗(yàn).若有時(shí)間,也可改變兩滑輪的距離(即改變兩分力的夾角)重復(fù)上述實(shí)驗(yàn).說明：本實(shí)驗(yàn)中的同心圓紙是可以移動(dòng)的，同心圓的為了最終得出力的大小關(guān)系而設(shè)計(jì)的，紙能移動(dòng)是為了在實(shí)驗(yàn)中方便找出圓心O的地方，縮短實(shí)驗(yàn)的時(shí)間。學(xué)生可能得出的結(jié)論：以表示兩個(gè)分力的線段為鄰邊作一個(gè)平行四邊形,則這個(gè)平行四邊形中表示兩分力的線段所夾的對(duì)角線表示合力的大小和方向.建議：讓同學(xué)匯報(bào)實(shí)驗(yàn)中得到的結(jié)論.結(jié)論不一定要與上面的結(jié)論一致，教師要讓學(xué)生有成就感。在下一節(jié)的學(xué)習(xí)中教師會(huì)直接給結(jié)論。實(shí)驗(yàn)探究2驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)?zāi)康尿?yàn)證互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力合成的平行四邊形定則，實(shí)驗(yàn)原理結(jié)點(diǎn)受三個(gè)共點(diǎn)力作用處于平衡狀態(tài)，則F1、F2之合力必與橡皮條拉力平衡，改用一個(gè)拉力F/使結(jié)點(diǎn)仍到O點(diǎn)，則F/必與F1、F2的合力等效，以F1、F2為鄰邊作平行四邊形求出合力F，比較F/與F的大小和方向，以驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力合成時(shí)的平行四邊形定則．實(shí)驗(yàn)器材方木板，白板，彈簧秤(兩只)，三角板，刻度尺，圖釘(幾個(gè))，細(xì)芯鉛筆，橡皮條，細(xì)繩套(兩個(gè))。彈簧秤測(cè)力原理是根據(jù)胡克定律．其適用范圍是在彈性限度內(nèi)，刻度是0～5N，分度值0.1N，因拉桿和鉤的質(zhì)量較大，且零點(diǎn)是在豎直情況下校準(zhǔn)的，因此水平使用時(shí)要重新調(diào)零點(diǎn)，彈簧的伸長(zhǎng)方向要和所測(cè)拉力方向一致，彈簧、指針、拉桿都不要與刻度板和刻度板末端的限位卡發(fā)生摩擦．實(shí)驗(yàn)步驟1．用圖釘把白紙釘在放于水平桌面的方木板上．2．用圖釘把橡皮條的一端固定在A點(diǎn)，橡皮條的另一端拴上兩個(gè)細(xì)繩套．3．用兩只彈簧秤分別鉤住細(xì)繩套，互成角度地拉橡皮條，將結(jié)點(diǎn)拉到某一位置，記錄兩彈簧秤的讀數(shù)，用鉛筆描下O點(diǎn)的位置及此時(shí)兩條細(xì)繩套的方向．4．用鉛筆和刻度尺從結(jié)點(diǎn)O沿兩條細(xì)繩方向畫直線，按選定的標(biāo)度作出這兩只彈簧秤的讀數(shù)F1、F2的圖示，并以F1和F2為鄰邊用刻度尺和三角板作平行四邊形，過O點(diǎn)畫平行四邊形的對(duì)角線，即為合力F的圖示．5．只用一只彈簧秤鉤住細(xì)繩套，把橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同樣的位置O，記下彈簧秤的讀數(shù)F/和細(xì)繩的方向，用刻度尺從O點(diǎn)按4中選定的標(biāo)度沿記錄的方向作出這只彈簧秤的拉力F/的圖示．6．比較力F/與用平行四邊形定則求出的合力F的大小和方向，得出結(jié)論．7．改變兩個(gè)力F1、F2的大小和夾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次．注意事項(xiàng)1．同一實(shí)驗(yàn)中的兩只彈簧秤的選取方法是：將兩只彈簧秤鉤好后對(duì)拉，若兩只彈簧秤在拉的過程中，讀數(shù)相同，則可選，若不同，應(yīng)另換，直至相同為止，使用時(shí)彈簧秤與板面平行．2．在滿足合力不超時(shí)彈簧秤量程及橡皮條形變不超過彈性限度的條件下，應(yīng)使拉力盡量大一些，以減小誤差．3．畫力的圖示時(shí)，應(yīng)選定恰當(dāng)?shù)臉?biāo)度，盡量使圖畫得大一些，但也不要太大而畫出紙外．要嚴(yán)格按力的圖示要求和幾何作圖法作出合力．4．在同一次實(shí)驗(yàn)中，橡皮條拉長(zhǎng)的結(jié)點(diǎn)O位置一定要相同．5．由作圖法得到的F和實(shí)際測(cè)量得到的F/，不可能完全符合，但在誤差允許范圍內(nèi)可認(rèn)為F和F/符合即可．誤差分析本實(shí)驗(yàn)誤差的主要來源除彈簧秤本身的誤差外，還出現(xiàn)讀數(shù)誤差，作圖誤差，因此，讀數(shù)時(shí)眼睛一定要正視，要按有效數(shù)字正確讀數(shù)和記錄，兩力的邊一定要平行．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△F也越大，所以實(shí)驗(yàn)中不要把θ取得太大．雖然如此，實(shí)驗(yàn)必有誤差，我們要盡量規(guī)范操作減小誤差．千萬不要硬湊數(shù)據(jù)而使實(shí)驗(yàn)十全十美毫無誤差．本實(shí)驗(yàn)允許的誤差范圍是：力的大小△F≤5%F，F(xiàn)/與F的夾角θ≤70，對(duì)于△F=0，θ=0和△F≤5%F,θ＞70的情況都要分析原因.實(shí)驗(yàn)考查題目：驗(yàn)證力的平行四邊形定則實(shí)驗(yàn)室提供下列器材：木板、彈簧秤（兩個(gè)）、橡皮條、白紙、細(xì)線、三角板、刻度尺、圖釘若干。請(qǐng)你做實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證互成角度的兩個(gè)力的合成的平行四邊形定則。要素評(píng)分細(xì)則評(píng)判一（2分）儀器與調(diào)零檢查調(diào)零（1分）使用彈簧秤前，檢查彈簧秤的指針是否指在零刻度上，否則，加以調(diào)整比較性能（1分）實(shí)驗(yàn)前將兩彈簧秤互相勾在一起，向相反方向拉，若兩秤示數(shù)相同則可同時(shí)使用，否則調(diào)換彈簧秤二（3分）安裝與實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)裝置（1分）按實(shí)驗(yàn)要求將實(shí)驗(yàn)裝置安裝好操作要求（1分）實(shí)驗(yàn)時(shí)將彈簧秤的彈簧與木板平面平行，用彈簧秤拉橡皮條時(shí)，拉力沿彈簧的軸線方向，且彈簧秤、橡皮條、細(xì)繩套位于和紙面平行的同一平面內(nèi)記錄數(shù)據(jù)（1分）正確記錄了所測(cè)拉力的大小和方向三（4分）作圖與分析比例標(biāo)度（1分）作圖時(shí)選擇了適當(dāng)?shù)谋壤龢?biāo)度拉力圖示（1分）正確作出了兩只彈簧秤的拉力F1、F2和用一個(gè)彈簧秤的拉力F′的圖示合力圖示（1分）正確作出以F1和F2為鄰邊的平行四邊形及過O點(diǎn)的對(duì)角線代表的合力F的圖示分析總結(jié)（1分）比較F與F′的大小、方向，得出實(shí)驗(yàn)結(jié)論四（1分）方法與態(tài)度重復(fù)實(shí)驗(yàn)（1分）改變兩個(gè)力F1、F2的大小和夾角，重復(fù)實(shí)驗(yàn)兩次整理儀器（1分）實(shí)驗(yàn)完后收拾整理儀器說明：1、學(xué)生在實(shí)驗(yàn)中做到評(píng)分細(xì)則中的哪一項(xiàng)，就在對(duì)應(yīng)的評(píng)判欄中打上“√”號(hào)，每個(gè)“√”號(hào)得1分，最后根據(jù)“√”號(hào)的個(gè)數(shù)給學(xué)生評(píng)出實(shí)驗(yàn)考查的分?jǐn)?shù)，滿分10分。2、同一次實(shí)驗(yàn)中，用兩只彈簧秤拉橡皮條和只用一個(gè)彈簧秤拉橡皮條時(shí)，沒有使橡皮條的結(jié)點(diǎn)拉到同一位置的，實(shí)驗(yàn)考察的分?jǐn)?shù)為0分。3、本實(shí)驗(yàn)操作考試可以隨堂進(jìn)行，或者模塊學(xué)習(xí)結(jié)束時(shí)，單獨(dú)抽取半天的時(shí)間進(jìn)行。小結(jié)布置作業(yè):P46/1\2\3板書設(shè)計(jì)1、力的圖示。為了形象地表達(dá)一個(gè)力，可以用一條帶箭頭的線段(有向線段)來表示：線段的長(zhǎng)短表示力的大?。患^指向表示力的方向；箭尾(或箭頭)常畫在力的作用點(diǎn)上(在有些問題中為了方便，常把物體用一個(gè)點(diǎn)代表)。2、如果一個(gè)力的作用效果與另外幾個(gè)力的共同作用效果相同，那么這個(gè)力與另外幾個(gè)力可以相互替代，這個(gè)力稱為另外幾個(gè)力的合力，另外幾個(gè)力可以稱為這個(gè)力的分力。在物理學(xué)中，通常從作用效果相同這一觀點(diǎn)出發(fā)，根據(jù)具體情況進(jìn)行力的替代，稱為力的合成與分解。3、平行四邊形定則：以表示兩個(gè)分力的線段為鄰邊作一個(gè)平行四邊形,則這個(gè)平行四邊形中表示兩分力的線段所夾的對(duì)角線表示合力的大小和方向.[課本練習(xí)]1．有兩個(gè)大小均為3N的力，試用實(shí)驗(yàn)方法分別作出它們的夾角為0o、30o、45o、90o、120o、150o、180o時(shí)的合力。它們的合力是否—定比分力大?請(qǐng)舉出一個(gè)生活中的實(shí)例來說明你的看法．提示與答案：從作圖法分別作出兩個(gè)大小均為3N的力當(dāng)夾角為0o、30o、45o、90o、120o、150o、180o時(shí)的合力后可發(fā)現(xiàn),當(dāng)這兩分力夾角θ取值為0°＜θ＜120°時(shí),合力大于分力；當(dāng)θ=120°時(shí),合力與分力等大；當(dāng)120°＜θ≤180°時(shí),合力小于分力.可見,合力可比某一分力大,也可比某一分力小,還可以等于某一分力.2．請(qǐng)總結(jié)出上題中合力的取值范圍．提示與答案：上題可發(fā)現(xiàn),當(dāng)兩分力夾角θ越小,合力越大,反之當(dāng)兩分力夾角θ越大,合力越小.若θ為0o,合力最大為6N,若θ為180o,合力最小為0N.設(shè)兩分力分別為F1.、、F2,合力為F.則合力的取值范圍可表達(dá)為：≤F≤F1.、+F2,3．有人說，合力總是大于分力．還有人說，合力就是兩個(gè)分力的數(shù)值之和．他們的說法中存在哪些問題?請(qǐng)運(yùn)用本節(jié)的知識(shí)進(jìn)行反駁．提示與答案：他們的說法把力的合成看成像數(shù)字一樣等于兩個(gè)力的大小之和，或受這種思想的影響，總認(rèn)為兩合力之和總比每個(gè)分力都大，這都是不正確，力是一個(gè)既有大小又有方向的物理量，求兩分力的合力。不能像數(shù)字那樣簡(jiǎn)單地進(jìn)行代數(shù)運(yùn)算，它有自己的運(yùn)算規(guī)則，應(yīng)該用力的作用效果相同時(shí)的等效替代思想，找出這個(gè)規(guī)則，然后進(jìn)行力的運(yùn)動(dòng)，分析表明，合力的大小大于、小于、等于分力的情況都存在。[課外訓(xùn)練]1．已知兩分力F1、F2的合力F大小為5N，方向沿水平向右，且F