【教案】+同一直线上二力的合成（教学设计）（人教版2024）八年级物理下册

8.4同一直线上二力的合成（教学设计）年级八年级授课时间课题8.4同一直线上二力的合成教学目标1.认识力的合成，知道合力与分力都是从力的作用效果来定义的。2.通过实验探究，获知在同一直线上同方向与反方向上力的合成规律。教材分析本节内容包括两部分：“力的合成”“同一直线上二力的合成”。“力的合成”这部分是通过“一个大人和两个小孩提起一桶水”事例来展示力的作用效果的，引出合力、分力及力的合成的概念。然后通过“想想议议”中“两个人搬运货物”事例提出合力与分力的关系问题。通过演示实验“同一直线上二力的合成”得出二力合成的规律。学情分析学生在生活中见到同一直线上受两个力的例子较多，但对合力、力的合成概念感到陌生，所以在教学中利用力的作用效果进行突破，学生较易理解。在对同一直线上二力的合力的学习时，对合力的大小易接受，但往往不注意分力及合力的方向，通过画出分力与合力示意图的方式，使其直观化，使学生注意区分力的方向，从而确定正确的计算方法。另外在探究同一直线上二力的合成的实验中，注重了对数据分析的处理，加强学生对实验数据的分析能力和归纳总结能力。教学重点让学生通过对实验探究的参与，认识同一直线上二力合成的情况。教学难点让学生了解等效代替的科学方法，认识等效代替对物理探究的重要作用。教学器材弹簧测力计、支架、橡皮筋、小圆环、细绳等。多媒体ppt，包含视频：《合力、分力的概念》、《同一直线上二力合成的实验》、《同一直线上二力合成的应用》等。教学过程教师活动学生活动导入新课列举事例：如图所示，一个人费劲拉车时，有人在后面帮忙推车时，拉车人会轻松一些。生活中的物体往往同时受到多个力的作用。怎样分析这样的力学问题呢?你认为能用一个力代替几个力同时作用的效果吗?思考问题，进入情境。学习新课一、力的合成1.现象探究:一个力和几个力的作用效果【播放ppt图片，提问】分析图中三组事例，能得出什么结论？甲乙（1）甲图中一桶水在两个力的作用下被提起；这桶水在一个力的作用下也能被提起。（2）乙图中两只蚂蚁才能挪动一片树叶；而一只甲壳虫就能挪动这片树叶。丙（3）丙图中用一台拖拉机将陷入泥潭的汽车拉了出来；而一群中学生齐心合力也可以把汽车从泥潭中推出。【探究归纳】两个小孩的拉力与一个大人的拉力对水桶的作用效果相同；一只甲壳虫的力和两只蚂蚁的力对树叶的作用效果相同；拖拉机对汽车拉力的作用效果和同学们推汽车推力的作用效果相同。2.合力与力的合成（1）合力：如果一个力（F）单独作用的效果与几个力共同作用的效果相同，这个力就叫作那几个力的合力，组成合力的每一个力（如F1和F2）叫作分力。（2）力的合成：求几个力合力的过程叫作力的合成。（3）合力与分力的理解①同时性：几个分力必须是同时作用在同一个物体上。②非共存性：对物体进行受力分析时，考虑了合力，就不能再考虑分力，考虑了分力，就不能再考虑合力。③等效性：合力并不是分力的总和，而应从力的作用效果来判断，运用等效替代的思想，它可以替代那几个分力，即合力的实质为分力的“等效力”。【播放视频】——《合力、分力的概念》【例题1】如图所示，两个小孩能拎起一桶水，一个大人也能拎起同一桶水．由此可知，一个大人的作用力产生的效果跟两个小孩共同作用产生的效果_______，大人的作用力相当于______（填“合力”或“分力”），每个小孩的作用力相当于______（填“合力”或“分力”）。【答案】相同，合力，分力。【解析】两个小孩能拎起一桶水，一个大人也能拎起同一桶水．由此可知，一个大人的作用力产生的效果跟两个小孩共同作用产生的效果相同，大人的作用力相当于合力，每个小孩的作用力相当于分力。观看事例，小组讨论交流，分析三个实例的特点，归纳出共同的特征。引出并理解合力与力的合成概念。观察视频，理解合力概念，知道什么是力的合成。做题1并进行解析，加深对合力概念的理解。学习新课二、同一直线上二力的合成【通过想想议议中的物体，引出同一直线上二力的合成问题】如图所示，在搬运货物的时候，两个人同时对车施加沿水平方向的拉力F1和推力F2。此时，怎样计算拉力F1和推力F2的合力大小呢?又该怎样确定合力的方向呢?1.实验：同一直线上二力的合成【实验器材】支架、橡皮筋、小圆环、细绳、两个弹簧测力计。【实验步骤】（1）如图所示，将橡皮筋一端固定，另一端与小圆环相连。把两个弹簧测力计分别通过细绳与小圆环相连后，沿水平方向向右拉橡皮筋，将小圆环拉至O点，标记下此时小圆环的位置，并记录两个弹簧测力计的示数F1、F2。（2）只用一个弹簧测力计拉橡皮筋，将小圆环再次拉到O点，记下弹簧测力计的示数F合。改变拉力F1、F2的大小，多做几次实验。将F合与F1、F2的示数进行比较，并分析F合与F1、F2方向的关系。项目F1/NF2/NF合/N大小方向（3）如图所示，用两个弹簧测力计沿相反的方向水平拉橡皮筋，标记下此时小圆环的位置O'，并记下两个弹簧测力计的示数F1'、F2'。（4）再用一个弹簧测力计将小圆环拉到O'点，记下弹簧测力计的示数F'合。改变拉力F1'、F2'的大小，多做几次实验。将F'合与F1'、F2'的示数进行比较，并分析F'合与F1'、F2'方向的关系。【实验数据与分析】（1）同一直线上同方向二力的合成比较（1）与（2）两次实验中F1、F2和F合之间的大小与方向的关系。分析与结论：F1与F2同向，F合产生的作用效果与F1、F2共同作用产生的效果相同时，F合=F1+F2，方向与F1、F2的方向相同。（2）同一直线上反方向二力的合成比较（3）与（4）两次实验中F1'、F2'和F'合之间的大小与方向的关系。分析与结论：F1'与F2'反向，F'合产生的作用效果与F1'、F2'共同作用产生的效果相同时，F'合=F1'-F2'，方向与F1'的方向相同。项目F1'/NF2'/NF'合/N大小方向【实验结论】同一直线上的两个力，如果方向相同，合力的大小等于这两个力的大小之和，合力的方向与这两个力的方向相同；如果方向相反，合力的大小等于这两个力的大小之差，合力的方向与较大的力的方向一致。【交流讨论】（1）只有同一物体所受的力才可合成。（2）不同性质的力也可以合成。（3）研究方法：在研究物理问题时，有时为了使问题简化，常用一个物理量来代替其他所有物理量，但不会改变物理效果，比如用合力替代各个分力，这种研究方法叫做等效替代法。物体受到几个力作用时，其产生的效果与一个力的作用效果相同。所以我们在研究力的时候，既可以用一个力替代几个力，也可以用几个力替代一个力，只要这种替代能保持同样的效果。【播放视频】——《同一直线上二力合成的实验》2.物体所受合力与运动状态间的关系（1）静止在水平桌面上的物体例如，花瓶在竖直方向上受到的力有：重力G与桌面支持力F，因为这两个力是一对平衡力，大小相等，所以这两个力的合力是F合=G-F=0.结论：静止的物体，所受的合力为0。（2）匀速运动的物体例如，匀速下落的跳伞运动员在竖直方向上受到的力有：重力G与与空气的阻力f，因为这两个力是一对平衡力，大小相等，所以这两个力的合力是F合=G-f=0。结论：匀速运动的物体，所受的合力为0。（3）分析水平面上直线运动的物体（以小车为例）①若牵引力等于阻力，则合力为0，二力平衡，小车向左做匀速直线运动；②若牵引力大于阻力，则合力不为0，方向与小车运动方向相同，小车向左做加速直线运动；③若牵引力小于阻力，则合力不为0，方向与小车运动方向相反，小车向左做减速直线运动。【播放视频】——《同一直线上二力合成的应用》【例题2】某同学练习排球垫球时，排球离开胳膊后竖直上升，到达最高点后竖直下落。已知排球所受的重力约为2.7N，排球所受的空气阻力与速度的大小有关，方向与运动方向相反。若排球在竖直上升过程的某时刻所受空气阻力的大小约为0.5N，试计算排球此时所受合力的大小，并说明合力的方向。若在竖直下落过程的某时刻所受空气阻力的大小也约为0.5N，则此时所受合力的大小和方向又是怎样的?【解析】排球竖直上升时，受到的重力和空气阻力方向均竖直向下(图甲)，这两个力的方向相同。F合=G+F阻=2.7N+0.5N=3.2N，方向竖直向下。排球竖直下落时，受到的重力竖直向下，空气阻力竖直向上(图乙)，这两个力的方向相反。F合=G-F阻=2.7N-0.5N=2.2N，方向竖直向下。【例题3】F1和F2是作用在同一物体上的两个力，且作用在同一水平直线上。若其中F1=6N，方向是水平向右，且这两个力的合力为16N。关于F2的大小和方向，说法中正确的是（D）A．一定是10N，且方向水平向右B．一定是22N，且方向水平向左C．可能是10N，且方向水平向左D．可能是22N，且方向水平向左【解析】F1和F2是作用在同一物体上的两个力，且作用在同一水平直线上，其中F1为6N，方向是水平向右，要使这两个力的合力为16N，则根据同一直线二力合成，F2可能是水平向右，与F1同向，即F2=F-F1=16N-6N=10N也可能是水平向左，与F1反向，即F2=F+F1=16N+6N=22N故ABC错误，D正确。故选D.【例题4】利用如图所示的装置探究同一直线上二力合成的规律，首先将皮筋的B端固定，再用两个测力计沿相同方向拉A端，使A端到达某一点O并记录下该点的位置，然后在表格中记录下两个拉力F1、F2的大小与方向。再用一个测力计拉皮筋A端，仍将A端拉伸到O点，记录下此时拉力F的大小与方向。（1）实验中用一个测力计拉皮筋时，仍要将皮筋A端拉伸到O点再读数，这样做的目的是使两次相同。（2）通过该实验可知F与F1、F2的大小关系是。（用字母表示）【答案】力的作用效果；F=F1+F2【解析】（1）实验时，用两个测力计沿相同方向拉A端，使皮筋A端拉伸到O点读数，用一个测力计拉皮筋时，仍要将皮筋A端拉伸到O点再读数，这样做的目的是使F的作用效果与F1和F2共同作用的效果相同。（2）通过该实验可知，F的作用效果与F1和F2共同作用的效果相同，则F=F1+F2。观看ppt图片，思考问题。观察实验现象，记录实验数据，与老师一起分析实验数据，归纳出结论。了解该实验中所用的等效替代法。观看视频，了解探究过程。分析三个事例，知道物体所受合力与运动状态间的关系。观看视频，会分析物体所受合力与运动状态间的关系。做例题2，会根据同一直线上二力合成的规律，计算合力的大小，判断合力的方向。做例题3，会根据同一直线上二力合成的规律，计算分力的大小，判断分力的方向。做例题4，了解同一直线上二力合成的探究过程，会归纳出正确结论，知道研究方法。课堂练习课堂练习1．将一辆小车放在水平地面上。小明向右拉，拉力为200N；同时小红向右推（如图所示），推力为150N，他们对小车合力的大小与方向为（）A．350N，方向向右 B．200N，方向向右C．150N，方向向右 D．50N，方向向左【答案】A【详解】小明沿水平方向向右用200N的力拉，小红沿水平方向向右用150N的力推，故合力为二力之和，即200N+150N＝350N合力方向与二力方向相同，即水平向右，故A符合题意，BCD不符合题意。故选A。2．跳伞运动员背着打开的降落伞从空中竖直跳下，他所受的重力和空气阻力的合力为100N，方向竖直向下，已知运动员和降落伞的总重为800N，则运动员所受空气阻力大小为（）A．100NB．700N C．800ND．900N【答案】B【详解】运动员下落时受到重力G和空气阻力f的作用，这两个力共线，反向；由于其合力为100N，并且方向向下，所以两者的关系为F合=G-f则运动员所受空气阻力大小为f=G-F合=800N-100N=700N故选B。3．两个方向相反的力Fl和F2作用在同一物体上，F1=5牛，F2=4牛，则它们的合力大小和方向为（）A．9牛，方向与Fl方向相同B．9牛，方向与F2方向相同C．1牛，方向与F1方向相同D．l牛，方向与F2方向相同【答案】C【详解】两个方向相反的力Fl和F2作用在同一物体上，F1=5牛，F2=4牛，则它们的合力为两力之差F合=F1-F2=5N-4N=1N方向与较大的力F1方向相同，故ABD不符合题意，C符合题意。故选C。4.下列四个现象中，一个力作用的效果与另外几个力同时作用的效果不等效的是（）A．一只甲壳虫和一群蚂蚁匀速移动同一片树叶的力B．一个同学和两个同学匀速地将同一桶水从地面搬到桌子上的力C．一头牛将一辆轿车和一群人将一辆卡车从泥沼中拉出来的力D．两个人坐在一艘小船上，只有其中一个人划和两个人划，使船匀速运动的力【答案】C【详解】A．一只甲壳虫和一群蚂蚁匀速移动同一片树叶的力，都是同一树叶移动，力的作用效果相同，故A不符合题意；B．一个同学和两个同学匀速地将同一桶水从地面搬到桌子上的力，都是一桶水搬到桌子上，力的作用效果相同，故B不符题意；C．一头牛将一辆轿车和一群人将一辆卡车从泥沼中拉出来的力，牛拉的是轿车，人拉的是卡车，力的作用效果不同，故C符合题意；D．两个人坐在一艘小船上，只有其中一个人划和两个人划，使船匀速运动的力，力的作用效果相同，故D不符合题意。故选C。5.一个质量为0.5千克的小球，运动的过程中所受的阻力的方向始终与运动方向相反，且大小为1.2牛保持不变。求：（1）小球所受到的重力；（2）小球竖直上升过程中受到的合力及方向；（3）小球竖直下落过程中受到的合力及方向。（1）小球所受到的重力G=mg=0.5kg×9.8N/kg=4.9N（2）运动的过程中所受的阻力的方向始终与运动方向相反，且大小为1.2牛保持不变，小球竖直上升过程中受到的合力大小F=F1+G=1.2N+4.9N=6.1N方向竖直向下。（3）小球竖直下落过程中受到的合力大小F'=G-F2=4.9N-1.2N=3.7N方向竖直向下答：（1）小球所受到的重力4.9牛；（2）小球竖直上升过程中受到的合力6.1牛及方向竖直向下；（3）小球竖直下落过程中受到的合力3.7牛及方向竖直向下。6.探究同一直线上二力的合成实验，把轻质弹簧的一端固定在O点，另一端用尼龙细线固定在弹簧测力计的挂钩上，每次实验时，都将弹簧由A拉伸到B位置。研究过程及实验数据如图a、b、c所示：（1）在a、b和c三次实验中，都将弹簧拉伸到OB，目的是使每次实验中力产生的___________相同；

（2）通过