粤教版高中必修1物理：3.3《力的等效和替代》教案()

课题力的等效和替代从容说课先从科学的角度让学生理解力的图示和力的示意图的区别，让学生从科学的表示法表示一个力。

进而从生活的等效的概念以及历史史实让学生理解等效与替代的概念；继而让学生自主探究得出力的合成与分解的关系，为下一节明确合力与分力的关系打好基础.三维目标知识与技能（1）了解力的图示法,区别力的图示和力的示意图.（2）理解力的合成与分解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）在实验过程中学会探究合力与分力的关系.（2）在制作示力的合成与分解示教仪的过程中,进一步理解合力与分力的关系.力的图示与力的示意图是不同的，本节书中后面要用力的图示处理实验结果，因此教师在教学中要对此加以引导，让学生用科学的方法将力表示出来。

对于力的示意图和力的图示，学生并不一定引起重视，教师要引导学生学会用科学的方法表述一个力。

这为后面的实验探究打好基础。

力的等效主要是要让学生清楚研究一个具体的问题时所采用科学的方法，同时明白如何去等效的概念。

力的替代与力的等效合为一体，共同构成等效替代的思想。

进一步理解科学研究的方法，同时为力的合成和分解作准备。

教学中教师要做好实验，如有可能应该让学生自己动手操作。

同时教师还可以让学生自己说明结果，学生的结果不一样说明可以有不同的替代，为下一节力的分解作好铺垫。

学生可以在自主找规律的过程中体会到学习的乐趣。

实验结果在误差范围内是准确的。

情感态度与价值观通过力的等效替代，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. 教学重点：探究合力与分力的关系。

教学难点：探究合力与分力的关系。

教学用具：弹簧秤、刻度尺等。

课时安排1课时教学过程[引入新课]师：通常物体都会受到多个力的作用，许多情况下这些力的作用可以与某个力作用产生同样的效果。

例如，一辆小汽车陷进了泥坑，需要十几个人连推带拉才能把它从泥坑中拉出来，如果用另一辆汽车用绳子牵一下，就可以把它从泥坑中拉出来，这时一辆汽车的牵引和十几个人的作用力是怎能样的关系呢？生：是等效的。

师：人们在实践中认识到了力的等效性，逐步找到了力之间相互等效替代的规律，今天我们就要来共同探讨一个新的课题——力的等效和替代。

[新课教学]1、力的图示师：力是有大小的，力的大小用什么来测量？在国际单位制中，力的单位是什么？符号是什么？生：力的大小用测力计来测量，力的单位为牛顿，符号为N。

师：仅说一个力多大(是多少N)能不能完整地表达了这个力？生：不能。

师：该如何进行描述呢？生：包括力的大小、力的方向和力的作用点。

师：怎样来表示力呢？生：思考、讨论并总结“方法一：可以用语言把一个力的大小、方向和作用点叙述出来；方法二：可以用力的图示法来表示力；方法三：可以用力的示意图来表示力。

师：具体如何用力的图示来表示力呢？生：力的图示。

为了形象地表达一个力，可以用一条带箭头的线段(有向线段)来表示：线段的长短表示力的大小；箭头指向表示力的方向；箭尾(或箭头)常画在力的作用点上(在有些问题中为了方便，常把物体用一个点代表)。

例1 (教师做)：卡车对拖车的牵引力F的大小是2000N，方向水平向右，作出力F的图示。

步骤：选一标度(依题而定其大小)：如用1cm长的线段表示500N的力。

从力F的作用点O向右水平画一线段四倍于标度(4cm)，然后画上箭头(图1)：例2(学生做)：作出下列力的图示：(可同时出三个题，全班分三组，每组做一个题，并分别选一个学生在黑板上做。

)①物体受250N的重力。

②用细线拴一个物体，并用400N的力竖直上提物体。

③水平向左踢足球，用力大小为1000N。

答案：说明：①选不同标度(单位)，力的图示线段的长短可不同；②标度的选取要有利于作图示。

师：上述三例的受力物体和施力物体分别是什么？生：①分别为物体和地球；②物体和细线；③脚和球。

师：回忆初中所学过的知识。

力的作用效果是什么？生：力的作用效果是使物体发生形变；改变物体的运动状态。

(可利用已有的弹簧秤等演示，总结上述两方面效果。

)今后我们将定量地研究力的作用效果。

教师小结：力不但有大小，而且有方向。

大小、方向和作用点常称为力的三要素。

力的图示是形象地表述一个力的方法，不要忘记定标度。

力的图示要正确反映力的三要素。

2、力的等效教师介绍马德堡半球实验：1654年，在德国的马德堡市，有人做了一个轰动一时的实验。

在实验中，把两个空心铜制半球合在一起，抽去球中的空气后，用两支马队向相反方向拉这两个半球。

结果，当两支马队各增加到8匹马时，才将它们拉开。

这就是著名的马德堡半球实验。

师：如果用两头大象来代替两支马队，这两个半球也能被拉开。

这说明了什么？生：说明了从力的作用效果上看，一头大象的拉力与8匹马的拉力是相同的。

讨论与交流两个小孩共同提起一桶水和一个大人单独提起一桶水，效果相同吗？参考答案：相同。

3、力的替代师：已知同一直线上的两个力F1、F2的大小分别为2N、3N，如果F1、F2的方向相同，那以它们的合力大小是多少？合力沿什么方向？生：5N，方向与F1、F2的方向相同。

师：如果F1、F2的方向相反，那么它们的合力大小是多少？合力沿什么方向？生：1N，方向与较大的那个力的方向相同。

师：同一直线上两个力的合力，与两个力的大小、方向两个因素有关。

这就是初中所学的“同一直线上二力的合成。

”在现实生活中，有这样的例子：两位同学沿不同方向共同用力提住一袋土石，解放军战士一人也能提住同一袋土石。

学生阅读课文总结得出：如果一个力的作用效果与另外几个力的共同作用效果相同，那么这个力与另外几个力可以相互替代，这个力称为另外几个力的合力，另外几个力可以称为这个力的分力。

在物理学中，通常从作用效果相同这一观点出发，根据具体情况进行力的替代，称为力的合成与分解。

实验探究1寻找等效力〖实验步骤〗⑴器材的选取：如图所示的演示仪、弹簧秤、橡皮筋、细绳、钩码若干,印有间隔相等的同心圆的纸足量. （2）用两根细绳系着橡皮筋的一端, 橡皮筋的另一端固定在仪器顶端的小钉上,调节器材上的两个滑轮的距离,使之便于操作.（3）分别在细绳下悬挂钩码若干,并把细绳置于滑轮上 (注意使橡皮筋、细绳在同一竖直平面上).记录两绳上悬挂钩码的数量和两绳与纸边的交点C、D.（4）待橡皮筋伸长且稳定后把印有同心圆的纸置于橡皮筋与细绳的后面,并使同心圆的圆心O和橡皮筋与细绳的结点重合.并用图钉固定纸片.（5）卸去钩码,直接用一个弹簧秤拉细绳(注意使橡皮筋、细绳、弹簧秤在同一竖直平面上),使结点也伸长至圆心O处,记录弹（6）取下纸片,作射线OC、OD、OJ,并用力的图示法作出三个力(力的比例线段以三个矢量的长度都不超出纸边为宜).（7）相邻箭头用虚线相连,构成一个由两个三角形组成的四边形.（8）观察这个四边形的特点(若误差不大,这个四边形是平行四边形,合力在其对角线上).（9）改变砝码的数量,重复上述实验.若有时间,也可改变两滑轮的距离(即改变两分力的夹角)重复上述实验.说明：本实验中的同心圆纸是可以移动的，同心圆的为了最终得出力的大小关系而设计的，纸能移动是为了在实验中方便找出圆心O的地方，缩短实验的时间。

学生可能得出的结论：以表示两个分力的线段为邻边作一个平行四边形,则这个平行四边形中表示两分力的线段所夹的对角线表示合力的大小和方向.建议：让同学汇报实验中得到的结论.结论不一定要与上面的结论一致，教师要让学生有成就感。

在下一节的学习中教师会直接给结论。

实验探究2验证力的平行四边形定则实验目的验证互成角度的两个共点力合成的平行四边形定则，实验原理结点受三个共点力作用处于平衡状态，则F1、F2之合力必与橡皮条拉力平衡，改用一个拉力F/使结点仍到O点，则F/必与F1、F2的合力等效，以F1、F2为邻边作平行四边形求出合力F，比较F/与F的大小和方向，以验证互成角度的两个力合成时的平行四边形定则．实验器材方木板，白板，弹簧秤(两只)，三角板，刻度尺，图钉(几个)，细芯铅笔，橡皮条，细绳套(两个)。

弹簧秤测力原理是根据胡克定律．其适用范围是在弹性限度内，刻度是0～5N，分度值0.1N，因拉杆和钩的质量较大，且零点是在竖直情况下校准的，因此水平使用时要重新调零点，弹簧的伸长方向要和所测拉力方向一致，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摩擦．实验步骤1．用图钉把白纸钉在放于水平桌面的方木板上．2．用图钉把橡皮条的一端固定在A点，橡皮条的另一端拴上两个细绳套．3．用两只弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮条，将结点拉到某一位置，记录两弹簧秤的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两条细绳套的方向．4．用铅笔和刻度尺从结点O沿两条细绳方向画直线，按选定的标度作出这两只弹簧秤的读数F1、F2的图示，并以F1和F2为邻边用刻度尺和三角板作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，即为合力F的图示．5．只用一只弹簧秤钩住细绳套，把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧秤的读数F/和细绳的方向，用刻度尺从O点按4中选定的标度沿记录的方向作出这只弹簧秤的拉力F/的图示．6．比较力F/与用平行四边形定则求出的合力F的大小和方向，得出结论．7．改变两个力F1、F2的大小和夹角，重复实验两次．注意事项1．同一实验中的两只弹簧秤的选取方法是：将两只弹簧秤钩好后对拉，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．2．在满足合力不超时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．3．画力的图示时，应选定恰当的标度，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．4．在同一次实验中，橡皮条拉长的结点O位置一定要相同．5．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/符合即可．误差分析本实验误差的主要来源除弹簧秤本身的误差外，还出现读数误差，作图误差，因此，读数时眼睛一定要正视，要按有效数字正确读数和记录，两力的边一定要平行．两个分力F1、F2间夹角θ越大，用平行四边形作图得出的合力F的误差△F也越大，所以实验中不要把θ取得太大．虽然如此，实验必有误差，我们要尽量规范操作减小误差．千万不要硬凑数据而使实验十全十美毫无误差．本实验允许的误差范围是：力的大小△F≤5%F，F/与F的夹角θ≤70，对于△F=0，θ=0和△F≤5%F,θ＞70的情况都要分析原因.实验考查题目：验证力的平行四边形定则实验室提供下列器材：木板、弹簧秤（两个）、橡皮条、白纸、细线、三角板、刻度尺、图钉若干。

请你做实验验证互成角度的两个力的合成的平行四边形定则。

说明：1、学生在实验中做到评分细则中的哪一项，就在对应的评判栏中打上“√”号，每个“√”号得1分，最后根据“√”号的个数给学生评出实验考查的分数，满分10分。