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第三章 相互作用——力
力的合成和分解
教学设计
一、知识与技能
1. 能通过实验探究求合力的方法——力的平行四边形定则，并知道它是矢量运算的普遍规则；
2. 会用作图法和直角三角形的知识求共点力的合力或分力。
二、过程与方法
1. 能从力作用的等效性来理解合力和分力的概念，初步体会等效替代的物理思想；
2. 通过“探究两个互成角度的力的合成规律”的实验得出求合力的方法，明白力的分解是力的合成的逆运算，平行四边形定则和三角形定则都是矢量运算法则。
三、情感态度与价值观
1. 能应用力的合成和分解知识分析日常生活中的有关问题，有将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
2.能正确地进行力的合成和分解，体会科学研究方法，增强创新意识和实践能力，注重体现物理学科的本质，培养学生物理核心素养。
1、通过生活实例，体会等效替代的物理思想。（重点）
2、通过实验探究，得出求合力的方法——平行四边形定则，知道力的分解是力的合成的逆运算。（重点）
3、会用作图法和直角三角形的知识求共点力的合力。（难点）
4、会应用平行四边形定则或三角形定则进行矢量运算。（难点）
课件、方木板、白纸、弹簧测力计(两个)、橡皮条、细绳套、三角板、刻度尺、图钉（若干）
一、导入新课：
一个静止的物体，在某平面上受到5个力作用，你能判断它将向哪个方向运动吗？如果我们能找到一种方法，即“用一个力的单独作用替代两个力的共同作用，而效果不变”，上述问题就迎刃而解了。你觉得这个力和被替代的两个力会有怎样的关系呢？
二、讲授新课：
1、合力和分力
【教师提问】回忆一下，初中时学过的力的合成只是有哪些？如图所示，假如这桶水的重力是200 N，两个孩子用了多大的力？
【学生回答】两个孩子一共用了200N的力。
【教师引导】如果一个物体受到两个或更多力的作用，这些力共同作用在物体的同一点上或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫作共点力。
【教师补充】生活中常见的事例：一个力的单独作用与两个或者更多力的共同作用，其效果相同。两个孩子分别用和两个力共同提着一桶水，一个成年人单独向上用力也能提着这桶水，让水桶保持静止。所以力是和两个力的合力。
【教师总结】假设一个力作用在物体上产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫作那几个力的合力；假设几个力的共同效果跟某个力作用在物体上产生的效果相同，这几个力叫作分力。
【教师补充】合力与分力的性质：合力与分力是作用效果上的一种等效替代关系。
2、力的合成和分解
【教师引导】求几个力的合力的过程叫作力的合成；已知一个力求它的分力的过程叫作力的分解。
【教师提问】在力的合成与分解中，合力和分力同时作用在物体上吗？
【学生思考】不同时存在
【教师引导】在力的合成中，分力存在，是物体的实际受力，而合力不存在；在力的分解中，合力存在，是物体的实际受力，而分力不存在。
【探究实验】探究两个互成角度的力的合成规律。
如图所示装置，用图钉把白纸钉在水平桌面上的方木板上，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，用两个弹簧测力计分别勾住细绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条的结点拉到某一位置O，如图甲所示。记录两弹簧测力计的读数，用铅笔描下O点的位置及此时两细绳套的方向。只用一个弹簧测力计通过细绳套把橡皮条的结点拉到同样的位置O，记下弹簧测力计的读数和细绳套的方向，如图乙所示。

如图，力F单独作用时，与和两个力共同作用时的效果是一样的，都能使橡皮条结点保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即橡皮条对结点的拉力相同，所以F等于和的合力。
【教师总结】我们要探究的是：合力F与和的关系。通过多次的实验探究我们会发现，如果两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作平行四边形定则。
把平行四边形定则演变为较为形象简单的三角形定则：将表示两个分力的有向线段首尾相接，从第一个力的始端指向第二个力的末端的有向线段，就表示这两个力合力的大小和方向。
【教师补充】将某个力进行分解，如果没有条件约束，从理论上讲有无数组解，因为同一条对角线可以构成的平行四边形有无穷多个(如图所示)，这样分解是没有实际意义的。实际分解时，一个力按力的作用效果可分解为一组确定的分力。
一个已知力究竟要怎样分解，要根据具体问题具体分析。
例如：质量为m的物体静止在斜面上，其重力产生两个效果：一是使物体具有沿斜面下滑趋势的分力；二是使物体压紧斜面的分力，，
正交分解法：把力沿着两个选定的相互垂直的方向分解的方法。使尽量多的力处在坐标轴上。
3、矢量和标量
【教师总结】1、矢量：既有大小，又有方向，相加时遵守平行四边形定则或三角形定则的物理量。
2、标量：只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量。
1、一个力F分解为两个力和，下列说法中正确的是（ ）
A.F是物体实际受到的力
B.物体同时受到和F三个力的作用
C.和共同作用的效果与F相同
D.和F满足平行四边形定则
答案：ACD
2、如图所示，三条绳子的一端都系在细直杆顶端，另一端都固定在水平面上，将杆竖直紧压在地面上，若三条绳长度不同，下列说法正确的有( )

A.三条绳中的张力都相等
B.杆对地面的压力等于自身重力
C.绳子对杆的拉力在水平方向的合力为零
D.绳子拉力的合力与杆的重力是一对平衡力
答案：C
3、如图所示，一个半径为r、重为G的光滑均匀球，用长度为r的细绳挂在竖直光滑的墙壁上，则绳子的拉力和球对墙壁的压力的大小分别是（ ）
A. B. C. D.
答案：D
4、2018年10月23日,港珠澳跨海大桥正式通车。为保持以往船行习惯,在航道处建造了单面索(所有钢索均处在同一竖直面内)斜拉桥,其索塔与钢索如图所示。下列说法正确的是( )
A.增加钢索的数量可减小索塔受到的向下的压力
B.为了减小钢索承受的拉力,可以适当降低索塔的高度
C.索塔两侧钢索对称且拉力大小相同时,钢索对索塔的合力竖直向下
D.为了使索塔受到钢索的合力竖直向下,索塔两侧的钢索必须对称分布
答案：C
5、如图所示，将光滑斜面上的物体的重力分解为两个力，下列结论正确的是（ ）
A.就是物体对斜面的正压力
B.物体受三个力作用
C.物体受四个力作用
D.二个分力共同作用的效果跟重力的作用效果相同
答案：D
6、某同学做“探究求合力的方法”的实验如图甲所示，其中A为固定橡皮条的图钉，O为橡皮条与细绳的结点，和为细绳。请回答下列问题。
（1）实验中，要求先后两次力的作用效果相同，指的是_____________；采用的科学方法是___________。
（2）图乙是测量中某一弹簧测力计的示数，该力大小为________N。
（3）下列措施中能减小实验误差的是_______。
A.两条细绳必须无弹性且材质相同
B.弹簧测力计、细绳、橡皮条都应与木板平面平行
C.拉橡皮条的细绳要稍短些，标记同一条细绳的方向时两标记点间距要与细绳长度一致
D.实验前先把实验所用的两只弹簧测力计的挂钩相互钩住平放在桌面上，向相反方向拉动，检查示数是否相同，若不同，则进行调节使之相同
答案：（1）橡皮条沿同一方向伸长同一长度；等效替代法
（2）2.40（2.38~2.42均可）
（3）BD
§3.4 力的合成和分解
合力和分力
1、合力与分力：如果一个力作用在物体上产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫作那几个力的合力，原来的几个力叫作分力。
2、共点力：如果一个物体受到两个或更多力的作用，这些力共同作用在物体的同一点上或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线交于一点，这样的一组力叫作共点力。
力的合成和分解
1、力的合成：求几个力的合力的过程。
2、力的分解：已知一个力求它的分力的过程。力的分解是力的合成逆运算。
3、平行四边形定则：两个力合成时，以表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。
4、三角形定则：把两个矢量首尾相接，从第一个矢量的始端指向第二个矢量的末端的有向线段就表示合矢量的大小和方向。三角形定则与平行四边形定则实质上是一样的。
5、多力合成的方法：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，直到把所有的力都合成进去，最后得到的结果就是这些力的合力。
矢量和标量
1、矢量：既有大小，又有方向，相加时遵守平行四边形定则或三角形定则的物理量。
2、标量：只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量。
引导学生对本节多学知识进行自主交流探究，根据学生表述，查漏补缺，并有针对性地进行讲解补充。

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