力的合成教学设计.doc

物理高一必修一人教版第三章第四节《力的合成》教案
西安市第八十九中学 李靖
【指导思想与理论依据】
本节教学根据课程的三维目标要求，突出培养学生实验探究能力，把本节课设计为实验探究式教学方式。在完成认知的过程中，通过提水桶实例感悟身边的物理学，通过实验探究发展学生的好奇心与求知欲，培养科学探索兴趣，培养勇于创新、实事求是的科学态度与科学精神。充分利用信息技术的辅助作用（力的合成动画）突破难点；而且，多媒体的应用不仅强化学生的感性认识，而且能让课堂气氛活跃，促使学生处于积极的思维状态。 
【教材分析】
力的合成是人教版物理必修一第三章第4节的内容。本章是高中力学基础，等效思想，平行四边形定则既是这一章的重点，又是难点。在本节内容前学生已经学习了力的概念及力的三要素，掌握了重力、弹力、摩擦力等力的概念，对力有了一定的感性和理性的认识，同时在第一章中已经学习了位移、速度、加速度等矢量，对矢量也有了初步认识。矢量的运算法则，是矢量概念的核心内容，又是学习物理学的基础。
力的合成又是高中物理中极为重要的一个知识点，同时本节课所学平行四边形定则也是处理矢量运算的一个通则，平行四边形的探究过程，对培养学生严谨的科学态度和科学思维方法也有很重要的作用。因此本节课具有承上启下的作用。
【学生学情分析】
高一学生第一次接触矢量运算，而数学中向量的知识还没有涉及，如何让学生对矢量的运算法则有感性的认识，并学会探究一般事物规律的方法是本堂课的重点，也是难点。在学习这节课之前，学生已经了解如位移、速度、加速度、力等诸多矢量概念，对矢量有初步的认识，知道矢量是既有大小又有方向的物理量，但对矢量性还没有真正意义上的理解，尚未涉及到矢量的运算。本节课将通过师生共同参与的方式，透过认识一般事物规律的基本方法——实验探究法，让学生理解矢量的运算法则——平行四边形定则，并学会简单的运用平行四边形定则处理问题。另外，学生在初中也有过初步开展科学探究的经历，这就为本节课的顺利实施打下了一定的基础。21
【教学目标】
1.知识与能力
（1）掌握合力与分力的概念以及合力、分力的等效性原理和共点力概念。
（2）掌握矢量运算的平行四边形定则，知道它是力的合成的基本规律。
（3）会用作图法求解两个共点力的合力。
2.过程与方法
（1）从生活中常见的实例出发，让学生理解等效思想在物理研究中的应用。
（2）通过探究事物规律的一般方法，让学生学会从生活中发现问题、提出猜想、设计实验、寻找规律，同时训练学生的观察能力、实验设计及操作能力、对物理现象的归纳总结的能力，从而有效的提升学生科学素养。
3.情感态度与价值观
（1）通过对物理学中的等效性思想学习，体会如何将复杂问题简单化。
（2）通过学生间的交流讨论、合作探究训练学生的合作意识。
（3）实验探究培养学生实事求是、尊重自然规律的科学态度。
【课型】
新授课
【教学重点】
1.等效的思维方法。
2.探究力的合成满足平行四边形定则。
【教学难点】
学生探究实验的设计、操作及数据处理分析。
【教学方法】
1、创设情景，引导启发，让学生体会并接纳等效观点，从而得出合力、分力的概念。
2、探究式教学，引导学生掌握探索新知识、新内容的一般方法。通过实践体验，实验探索，归纳总结，从而得出平行四边形定则。
【教具准备】
1.演示实验器材：水桶，尼龙绳，钩码，智能力盘，力的合成与分解实验板，细绳，平板电脑等。
2.学生实验器材：弹簧秤2个，三角板，木板，橡皮筋，细绳套，图钉，白纸等。
【教学过程】
教学环节
教师活动
学生活动
设计目的

新课引入

【提问】 先给大家出一个脑筋急转弯题目：什么时候1+1=1？
答案将在本节课的最后由同学们自己揭晓！
最近几节课我们一直在研究力—重力、弹力和摩擦力，要表示这些矢量，不仅要说明大小还要指明方向，而不像标量那样只说明大小即可。不仅如此，标量和矢量的区别还体现在运算上。1kg水+1kg水=2kg水，1N+1N=？是否会等于1N?
今天我们研究力这种矢量的运算法则——2个力相加的运算法则，即力的合成
学生思考老师提出的脑筋急转弯题目

激发学生探究的兴趣
新课教学

（一）合力、分力，力的合成，共点力
《曹冲称象》是人人皆知的历史故事，请同学们结合下面的图片回忆故事情节，细心体会曹冲是怎样“称出”大象的重量的？采用的是什么方法？思考后，请自由发言。
演示实验1：
两个同学提起水桶，然后换一个同学也可以提起水桶。
将学生完成的小实验展现在投影上，提出等效替代的物理方法。
讲解：
1、一个力产生的效果跟几个力共同产生的效果相同，这个力叫做那几个力的合力。原来的几个力叫做分力。
在力学问题中，物体往往同时受多个力作用，为了研究问题方便，常把多个力的共同作用效果用一个力替代，这样就把问题简单化了。
2、求几个已知力的合力叫做力的合成。
3、如果一个物体受两个或多个力作用，这些力都作用在物体上的同一点，或者虽不作用在同一点上，但它们的延长线相交于同一点，这几个力叫做共点力。
（二）合力与分力的关系
探究一：
遵循从简单到复杂的原则，先讨论同一直线上的两个力的合力
问题1：同一直线上两力同向与反向两种情况下的合力大小和方向？
展示ppt

探究二：
不在同一直线上两个力的合力
刚才提水桶的两个同学的力是在一条直线上吗？那么他们的分力之和还等于合力吗？
演示实验2：
利用力的合成仪与DIS传感器演示一根绳挂重物及两根绳互成一定角度挂重物时合力与分力的关系。
演示三组特殊角度情况下的分力，并记录下分力的大小和方向。
发现：合力大小不等于分力大小之和，而且随着两个分力的夹角增大，两个分力的大小之和与合力大小的差距越来越大！——这是为什么？
今天我们就来直接体验一下科学探索过程：先从最简单的两个力的合力与分力的关系开始研究。
学生实验探究(分小组进行)：
1、提出问题：互成角度的两个共点力合成时遵循什么规律？
2、猜想与假设：同学们猜测一下合力和分力之间可能存在什么样的大小关系？……
3、制定实验方案：
对学生的积极性给予鼓励，对各方案中的不成熟方面给予说明，对学生的创新思维给予充分的肯定……
【引导学生逐渐逼近可行性实验的参考思路】
要点提示：（思考）
（1）用两根绳拉橡皮条和单独用一根绳拉橡皮条，如何确保效果相同？
（2）如何获得力的大小、方向？
（3）如何在白纸上将合力F，分力F1、F2表示出来？
（ppt展示）
4、学生实验操作，教师巡视交流，解答学生实验操作过程中出现的问题。
【要求】一半的同学做2分力夹角为锐角的情况；一半的同学做2分力夹角为钝角的情况。保证力的图示画在纸的中间部分。
经实验可得到F、F1、F2的图示。
5、科学猜想，启发思考，民主互动
观察所得力的图示，猜测F1、F2和F之间可能遵循什么规律？
部分学生可能无从下手，教师参与学生的猜想和讨论，可以给学生一些提示：学习平面几何时，可以添加辅助线，重新构建几何图形使已知量与未知量之间建立联系。纪*教育
经观察发现接近平行四边形，为验证是否平行四边形，可以F1、F2为邻边做平行线构建平行四边形，看与图中F是否重合，比较用平行四边形得到的对角线与实际合力的误差。
提示学生，只有经过成千上万次的检验才能肯定正确，得出求合力的方法：平行四边形定则。
演示实验3：教师用DIS系统采集数据，完成任意角度的力的合成，并获得图像，证明规律的普遍性。
总结：平行四边形定则适合所有的矢量运算
今后求2个力的合力就不用通过等效思想来寻找合力了，可以直接由力的平行四边形定则求得合力的大小和方向。

思考回答：
等效替代

思考：
比较两种情况异同点。

观察与理解：
一个力和两个力的作用效果相同。

交流讨论：
同一直线上两力同向与反向两种情况下的合力？

总结发言：
同向：大小F=F1+F2方向与任何一个力同向
反向：大小F=|F1-F2|方向与力大的同向

学生猜想：学生根据经验作出初步猜想。

总结：两个分力之和不等于合力

根据记录的数据猜想合力与分力的关系，直观分析出合力不仅与分力的大小有关，与分力的方向也有关系。

交流与讨论：
如何根据提供的器材设计实验方案？

学生根据自己设计的实验步骤，完成实验操作，并作好力的图示

汇报交流
展示实验结果：向全体同学展示本组的实验结果，总结探究过程中遇到的问题及解决方案

实验结论：力的合成遵循平行四边形定则

让学生从实例理解等效替代的思想方法。

提高课堂气氛，让所有学生都能参与体会力的等效作用效果。

通过提水桶这个简单的生活实例，让学生感知物理与生活的联系，进一步体会合力与分力的作用效果。

理解解决物理问题的一般方法：由简单到复杂，由特殊到一般。

采用力的传感器演示，操作简单，读数方便，让学生体会到生活与科技的紧密联系。
学生根据经验猜想，突出感性认识是理性认识的基础。
学生参与猜想活动，目的是培养学生根据事实，提出合理猜想的能力。

培养学生的实验设计能力和数据处理能力

体验科学探究过程，学会科学探究方法，培养团结协作的精神

培养学生表达能力及总结归纳的能力

完善学生对平行四边形定则的理解与掌握。

从学生用弹簧秤进行实验到用DIS装置——传感器验证，从而使学生感知到规律的可靠性和一般性。（让学生体会到科技发展带来的便利）。
延伸拓展巩固提高

为加深平行四边形定则的运用与练习，可提出问题：分力F1、F2大小不变，夹角变大，合力F如何变化？让学生继续思考与讨论。学生可能会形成如下方案：
方案一：继续采用两个弹簧测力计拉橡皮条的方法，保证两测力计的示数不变，夹角变大，橡皮条的伸长量比之前短，说明合力变小。【出处：21教育名师】
方案二：作图法，保证平行四边形的两邻边大小不变，夹角变大，看对角线的长度变小，说明合力变小。
对于方案二，教师可用多媒体展示动态效果。
【提问】
上课前问大家什么时候 1+1=1，现在应该知道了吧？1N的力+1N的力仍然可以是1N,大家可以在纸上画画试试。

利用课堂获得的规律继续探讨，得到夹角变大，合力变小。

利用课堂获得的规律，解决实际问题，让学生感知到探索的成果。

课堂小结

课后思考
学生总结本节课的主要内容及学到了哪些方法。
留个问题给同学们课后思考：3个或更多的共点力合成，怎么求合力。
学生总结
检查学生对本节课的理解
【作业布置】
1.思考并与同学讨论求解合力各种方法的优劣。
2.完成课后问题与练习1、2、3题。
（这样布置作业既巩固了本课的知识，又训练了学生思维能力及交流合作能力）
【板书设计】
力的合成

实验结论：力的合成遵循平行四边形定则。
【教学设计思路】
本节课采用物理学中重要的一种思想方法——等效替代法来探究合力与分力的关系。整个课堂分为三部分：等效思想的理解、合力与分力关系的探究、平行四边形定则简单应用。
首先用学生实验引入新课，以此简单实例引出合力、分力、力的合成等基本概念。所举实例，贴近生活，体现物理与生活实际的联系。其次，在探究合力与分力的关系时，遵循由简单到复杂，从特殊到一般的原则，先讨论在同一直线上两个力的合力，再探究不在同一直线上的两个力的合力，教学方法采用学生交流讨论，教师引导，学生实验探究、归纳总结，从而得出结论。在具体探究互成角度的两个共点力的合成规律时，首先通过演示实验记录力的大小和方向，否定合力大小等于分力直接相加减，接着通过三组演示实验，引导学生根据记录的数据作出猜想，然后根据提供的实验器材，先设计并汇报实验方案，教师进行适当点评，再由学生进行实验探究来验证猜想，并在小组中交流实验结果，通过不同小组的展示都遵循平行四边形关系，从而得出让学生体会到规律的一般性。最后，再用更加精密的传感器再次验证，从而让学生感知到规律的可靠性、科学探究的严谨性。第三部分关于力的合成的简单应用，利用学生探究获得的规律，解决实际问题，让学生体会成功的喜悦。整个课堂始终以学生为主体，通过学生的自我探究、教师的引导完成本堂课的内容。