4.5力的分解教学设计高一上学期物理教科版

5．力的分解★教材分析力的分解是教科版高中物理必修第一册《第三章相互作用》主题二——力的合成和分解的内容之一。力的分解在力的合成之后，在共点力作用下物体的平衡条件之前，是对等效替代思想的进一步理解，是本章的重点内容。力的分解在整个力学知识体系中占有基础性地位，是解决力学问题的一个重要方法，也是以后学习运动分解的基础，是动力学分析的基本技能之一。力的分解是解决力学问题的工具，教材中始终把力的分解与实际情境联系在一起，从情境中引出力的分解，在情境中推导力的分解规律。这也就要求学生，在情境中理解如何进行力的分解，在情境中掌握利用力的分解解决实际问题的方法。★学生分析学生在学习力的分解知识之前，已经储备了很多知识和能力。学生已学习了重力、弹力、摩擦力三种常见的力，具备了共点力、二力平衡以及力的合成等的相关知识，根据等效替代的思想能够推导出力的分解是力的合成的逆运算，遵循平行四边形定则。作为高一学生，思维习惯仍以有意记忆为主，初步完成了形象思维到抽象思维的过渡。因此，将实际情境和力的分解的知识融合在一起，是最适合学生的最近发展区。在实际情境中，通过解决问题完成力的分解的知识建构，同时通过这种方式可以促进学生物理学科素养的形成。★教学目标1．物理观念。通过生产、生活中的事例培养学生用物理学解释、解决实际问题的观念。2．科学思维。（1）根据力的合成与力的分解本质属性互为可逆培养学生的综合分析能力。（2）通过对一个力的分解，用特殊的事例逐步抽象出一般的规律，培养学生的综合分析能力。3．科学探究。（1）根据刀斧容易把木桩劈开的问题情境培养学生的基于证据得出结论并作出科学解释的探究习惯。（2）根据教材发展空间中的学生活动培养学生设计实验、制订方案和处理信息的能力。4．科学态度与责任。用科学的态度分析大型桥梁要造很长的引桥的原因，培养学生的科学态度与社会责任感。★设计思路力的分解的教学设计是按知识逻辑展开的，并把知识和情境融合在一起。首先，根据实际情境体会等效替代思想，根据等效替代的思想得到力的分解的概念，再利用逻辑推理得出力的分解是力的合成的逆运算，力的分解遵循平行四边形定则。然后，根据平行四边形定则得到一个力可以分解为无穷多组大小不等、方向不同的力。接着，通过两个情境理解在实际问题中如何进行力的分解。最后，介绍最常见的正交分解，利用直升机的情境理解在实际问题中如何利用正交分解解决实际问题。★重难点1．重点。用等效替代的思想理解力的分解，知道力的分解是力的合成的逆运算。2．难点。一个确定的力可以有无数种分解方法，即力的分解不是唯一的。力的分解作为一种解决问题的工具，依据实际解决问题的需要而采取合适的方式分解力。3．注意事项。一个力可以有无数种分解方法，但并不表示力的分解是随意的，力的分解必须遵循平行四边形定则：当一个力分解为两个力时，我们选取的两个分力方向必须与合力在同一个平面内，否则就无法构建平行四边形。★教学媒体PPT课件、电脑、实物展台、生活情境的图片、视频、实物等。★教学过程一、复习回顾引出概念PPT展示图片。教师：在研究一个力学问题时，当有几个力作用在物体上时，有时为了简化问题，我们可以用作用效果与那几个力相同的一个力等效替代，求这个力的过程就是力的合成。但在研究一个力学问题时，有时也需要对一些特定的方向进行研究，如果作用在物体上的某个力不在这个特定的方向上，根据前面学过的知识，我们该如何处理？学生：根据等效替代的思想，可以用几个在特定方向上的力等效替代不在特定方向的力。教师：用作用效果相同的几个力等效替代一个力，这几个力就是这一个力的分力，求一个已知力的分力就是力的分解。依据怎样的规律求解分力呢？请说明理由。学生：我们可以依据平行四边形定则求解这些分力。因为分力的合力就是要被等效替代的那个力，所以分力的合成遵循平行四边形定则，因此力的分解同样遵循平行四边形定则。教师：力的分解是力的合成的逆运算，它也遵循平行四边形定则。如果有一个已知力，如何根据平行四边形定则找到两个分力呢？学生：我们可以把这个力用力的图示表示出来，然后以这个力为平行四边形的对角线作平行四边形，对角线相邻的两条边就表示两个分力。教师：已知一个力的大小为60N，请大家根据平行四边形定则利用作图法求出两个分力。【学生活动】学生根据老师的要求作图求解，教师巡视并指导学生作图的规范。【展示成果】教师投影学生的分解结果并适时点评。教师：一个60N的力，由于两个分力方向的不同，我们就可以得到不同的分解结果。一个力分解为两个力，在理论上可以分解多少组大小不同、方向不同的分力？说明理由。学生：一个力分解为两个力，在理论上可以分解为无数组解，因为以这个力为对角线的平行四边形可以作无穷多个。教师：在实际问题中怎么分解力，要具体问题具体分析，以方便解决问题为原则。如果为了解决某些特定方向上的力学问题，我们可以按照这些特定方向分解这个力。下面，根据解决问题的实际需要分析如何分解力。（物体放在斜面上是最常见的情景）如果把一个重力为G的物体放在倾角为θ的斜面上，物体处于静止状态，斜面对物体的支持力大小和摩擦力大小如何？【学生思考讨论】问题1：物体受到哪些力？根据所求的物理量，我们要分析哪些特定的方向？问题2：重力可以按任意两个方向分解，从便于解决问题的角度，我们应该按怎样的两个方向进行分解？这两个方向上的分力分别是多少？问题3：分析沿着斜面和垂直斜面方向的运动状态，如何求解斜面对物体的支持力大小和摩擦力大小？学生总结：物体受到三个力，重力、弹力和静摩擦力。根据所求的物理量，我们要分析沿着斜面方向和垂直斜面方向。如果按照这两个方向分解，两个分量分别是G1=Gsinθ，G2=Gcosθ。沿着斜面方向物体处于平衡状态，垂直斜面方向物体也处于平衡状态，故得到N=Gcosθ，f=Gsinθ。【教师示范】把规范的求解过程展示给学生。教师：我们在生活中看到过，大型的桥梁要造很长的引桥，这是为什么呢？对于这个问题，我们可以用力的分解知识分析其中的道理。【学生思考讨论】问题1：根据如图所示的引桥，我们如何建构一个物理模型简化实际问题？引桥的长短影响模型中的哪个物理量？问题2：汽车在引桥上运动，重力虽然可以按任意两个方向分解，但怎样分解便于解决问题？问题3：比较引桥长短对汽车在引桥上行驶情况的影响。学生总结：大桥的引桥，可以简化为一个斜面，引桥越长，斜面倾角越小。汽车在引桥上运动，为了便于研究，我们可以把重力分解为沿着桥面向下的分力G1=Gsinθ和垂直桥面向下的分力G2=Gcosθ。上桥时，汽车沿着桥面由向上的牵引力、沿斜面向下的阻力和重力的分力G1共同决定运动情况，G1的方向与汽车运动方向相反阻碍汽车的运动；下桥时，汽车沿着桥面有向下的牵引力、沿斜面向上的阻力和重力的分力G1共同决定运动情况，G1的方向与汽车运动方向相同起加快汽车运动的作用。引桥越长，分力G1=Gsinθ越小，对汽车上桥和下桥的影响就越小。教师：斜面是生活中最常见的模型，请同学们根据斜面模型设计公园的滑梯、盘山公路等，并说明要点。学生交流讨论。教师：生活中的很多力学问题，都可以用力的分解的知识来解决。比如，我们不可能用双手掰开一段木桩，但为什么使用斧子就能很容易把木桩劈开？请大家结合斧子的结构并利用力的分解知识解释这个现象。【学生思考讨论】问题1：为了研究斧子对木桩的侧向压力，我们按哪两个方向分解F便于问题的解决？问题2：设劈的纵截面是一个等腰三角形，劈背的宽度是d，劈的侧面的长度是L，∠C=θ。如果斧子对木桩的作用力为F，F沿着垂直两个侧面的分力F1、F2的大小分别是多少？问题3：在F相同的情况下，改变斧子的结构（改变θ的大小），分析分力的大小如何变化。问题4：根据力的分解知识分析，怎样改造刀斧的结构可以使刀斧更锋利？锋利的刀斧对刀斧的材质有无要求？为什么？学生总结：为了便于研究斧子对木桩的侧向压力，我们可以把F沿着垂直两个侧面的方向分解。两个分力的大小为：F1＝F2＝LF/d。即如果F相同，θ越小，则分力越大，越容易把木桩劈开。刀斧的刀刃做得越薄，两个分力F1、F2越大，这样的刀斧越锋利。因力的作用是相互的，刀刃对木桩的力越大，木桩对刀刃的力也就越大，因此，刀刃的材料必须能承受较大的冲击力才行。教师：在力的分解中，根据需要选定两个互相垂直的方向，将力沿着两个相互垂直的方向分解，这种方法通常称为力的正交分解法。我们可以根据正交分解法处理很多力学问题。如直升飞机倾斜飞行时，螺旋桨产生的升力F垂直机身，与竖直方向的夹角为θ，如果按水平和竖直两个方向分解，求两个分力的大小并分析水平和竖直方向的运动状态。学生：水平方向上的分力Fx=Fsinθ，竖直方