鲁科版第1节 力的合成优质教案

《力的合成》教学设计

【教材、教法及学情分析】

本节教材研究的是合力与分力等效替代的关系，并依据等效思想总结出力的合成法则——平行四边形定则。平行四边形定则它不仅是力的合成所遵循的法则，也是速度、加速度、位移等所有矢量运算遵循的法则。而矢量既有大小又有方向，进入高中后，学生所接触的物理量也多为矢量。因此对于矢量的的教学就显得尤为关键。对矢量的理解及矢量运算法则的应用是学生进入高中物理学习面临的第一个台阶。而矢量及其运算法则也是整个高中物理的基础。

在之前的学习中，学生已经掌握了力是矢量，并且也学习了三种基本性质的力，这为本节的教学打下了良好的基础。虽然学生对矢量的认识还比较肤浅，但只要做好铺垫、通过适当引导，以生活中的常见的实验例子切入，就能让学生理解接受合力与分力等效替代的关系。

初中时，学生已经掌握了同一直线上力的合成的方法。而本节则是让学生再次对力是矢量加深理解，并通过设计探究实验的过程中应让学生体会研究物理问题常用的一种重要方法——等效思想，通过探究结果总结出矢量运算所特有的运算法则。

本节教学以生活实例及初中常见的电阻串并联例子引入，提出合力与分力等效替代的关系，这样的教学安排依托学生旧有的知识体系和生活经验，降低了学生的学习台阶。在组织探究实验的过程中，在给予学生适当引导的前提下，以学生为主体体验科学探究的乐趣。在探究实验的过程中，利用更为准确的DIS力传感器，利用DIS实验系统获取力的大小和方向的精确数据，通过演示实验得到互成角度的两个分力及其合力的大小和方向的数据，并引导学生分组讨论其特点，最后通过作图法找寻合力与分力的关系，在这一过程中着重培养学生有目的地获取有用信息并进行分析处理的能力。通过汇总各组学生绘制的合力与分力的图示结果，进行统一对比，引导学生发现合力与分力的图示构成了一个近似平行四边形的四边形，随后利用数学几何知识进行验证，让学生在动手实验和动脑探究的过程中，掌握合力与分力的合成规律。在整个探究实验的过程中，让学生体验通过实验探究物理规律的过程，将科学方法教育融入教学中。

【教学目标】

1．知识与技能：

（1）能从力的作用的等效可替代的角度来理解合力与分力的关系；

（2）掌握力的合成所遵循的平行四边形定则。

2．过程与方法：

（1）通过生活实例分析，在学习合力和分力的关系的过程中应用常用的物理学思想方法——等效替代法；

（2）通过探究实验的设计、操作及分析处理过程，培养学生设计实验、动手操作及动脑分析的能力。

3．情感、态度与价值观：

（1）在自主合作探究的过程中，激发学生对未知世界的求知欲；

（2）在探究过程中，培养学生团队合作的精神及诚实严谨的科学态度；

（3）通过体验物理规律的建立过程，领悟科学的思想和精神。

【教学重、难点】

1．重点：实验探究平行四边形定则，并学会理解和应用平行四边形定则

2．难点：探究实验的设计及分析总结平行四边形定则的过程。

【教学器材】

课件、视频、实物投影、DIS数据采集器及实验室软件、力的传感器、砝码、实验纸、三角板。

【教学过程】

（一）新课引入：

1、利用学生在初中学习中熟悉的电阻的串联关系引入等效替代的思想

[教师活动]：

初中电学实验中，电路中两个阻值分别为R1＝1Ω和 R2＝9Ω的电阻串联，其总阻值是多少？其要用1个电阻替换掉电路中的这两个串联电阻，这个电阻的阻值应该多大？

[学生活动]：

回顾初中知识、回答问题。

[总结升华]：

一个阻值为10Ω的电阻与这两个串联电阻的总阻值均为10Ω，它们对电流的阻碍效果是一样的，它们可以相互等效替代。

2、利用等效替代思想，通过生活实例提出合力与分力的关系

[教师活动]：

如果将等效替代的思想利用到我们力学的研究中：例如生活中双人提水桶，对水桶的接力分别是F1和F2，那么如果我要用一个力等效替代这两个力要怎么提水桶？应该朝什么方向？

[学生活动]：

讨论，总结。利用等效替代的思想，单手提水桶竖直向上的拉力F，它的作用效果与F1和F2共同作用的效果一样，都是将水桶提起并静止。

[总结升华]：

力学上，我们把可以等效替代掉几个力共同作用效果的力称为合力，这几个力则称为分力。而像刚才那样由分力找寻合力的过程称为力的合成。分力F1和F2并不作用在同一点上，但它们的作用线延长线交于一点。我们就把像F1和F2这样作用线延长线将于一点或作用在同一点上的这些力称为共点力。

3、创设情景，提出问题

[教师活动]：

若F1和F2的大小均等于3N，那么合力F是电阻串联一样，等于6N吗？

[学生活动]：

讨论，总结。电阻对电流的阻碍是没有方向性的，它们是标量。而力是适量，有大小有方向。F的大小可能还跟F1和F2的方向有关。

[总结激疑]：

引入今天的课题：实验探究共点力的合成

（二）实验探究：

1、建立实验模型：

[教师活动]：

进行物理实验时，常常要对生活中的问题，通过建立相应的简单模型进行简化，以刚才生活中提水桶为例，进行实验模型简化。（在学生讨论的过程中，适时引导。）最后展示实验装置。

[学生活动]：

讨论如何建立实验模型，提出方案。

[总结]：

物理模型：两根绳子通过结点拉下方的钩码，这两个绳子拉力的合力，我们利用等效替代的思想，通过一根绳子拉同等数量的钩码来实现。

各分力和合力的大小利用力的传感器和DIS数据采集系统来获得，而两个分力的方向则利用圆形刻度盘得到各个力与竖直方向的夹角。实验装置如图1所示。

2、实验探究互成角度的共点力的合成

[教师活动]：

演示多组互成不同角度的分力及其合力的大小和方向。引导学生发现合力与分大大小的关系。

[学生活动]：

观察数据，很难直接得到合力与分力大小的规律。

[引导解惑]：

物理是一门与数学密不可分的学科。许多物理规律都闪烁着数学的光芒。之前我们学习过的运动学图像就是很好的数形结合的应用。那么合力与分力之间是否会存在几何上的联系呢？

引导学生：要直观描述力我们可以利用之前学习过的力的图示。

3、寻找力合成的运算规律

[学生活动]：

利用记录下的各组实验数据，分组利用实验纸画出合力与分力的图示。实验纸如图2所示.

图2

[教师活动]：

巡视、指导学生注意画图规范。引导学生观察得到的合力与分力的图示。类比解决数学几何问题引入的辅助线，引导学生利用辅助线将各力的矢量箭尾连接起来。

[汇总评价]：

将学生得到的实验图示结果在投影机下作对比，引导学生发现该四边形近似平行四边形。引导学生利用三角板验证，初步断定该四边形在误差允许范围内是可以认为是平行四边形的。提出力的合成遵循平行四边形定则。这也是所有矢量运算所遵循的普遍法则。

注意强调前辈科学家通过不同情况下对大量实验数据的分析论证，才能得到具有普遍意义的科学规律。

[升华提高]

利用PPT课件，将多组实验图示结果叠加显示（如图3所示），让学生对力的合成有更感性的认识。

（三）生活应用：

1、拔河比赛

[教师活动]：

播放事先拍好的视频，单人拔河比赛女教师均输给两位男教师，如何反败为胜？

[学生活动]：

讨论，给出解决方案。

[总结]：

活用平行四边形定则。利用夹角较大的两个分力的合力较小这一特点，可使三人拔河比赛中，女教师获得胜利。（播放视频）

2、苏伊士运河、斜拉桥模型

[教师活动]：

利用PPT展示纤夫拉船及斜拉桥的图片，请从力的合成的角度进行解释。

[学生活动]：

分析讨论

[归纳总结]：

利用矢量合成的平行四边形定则，能帮助我们理解生活中的许多实例。

【教学反思】

本节教学通过生活实例及初中常见的电阻串并联例子创设问题情境，引入合力和分力关系的探究，将科学思想方法的教育融入教学过程中，让学生在学习过程中潜移默化的掌握科学研究未知世界的方法。最后回归生活，通过斜拉桥的实例，引导学生掌握平行四边形定则的应用。

利用较为精确的力传感器，依靠DIS实验系统，引导学生利用“等效替代”的思想方法设计探究合力和分力之间的关系。由于采用了精确的实验仪器，实验的结果更加精确，让学生在探究物理规律的过程中得到非常直观的感性认识，再利用数学几何知识进行检验，最后总结平行四边形定则。在这一过程中，通过强调前辈科学家不懈坚持和严谨科学的科学态度，将德育教育融入探究活动中，让学生在动手操作和动脑探究的过程中，既获得知识又获得科学思想的升华。

对于探究物理规律的教学过程与验证物理规律的实验教学过程不同，在探究的教学过程中，应该让实验结果尽可能的精确，让学生得到最直观的感受。而对于实验误差的分析，则可以让学生在验证物理规律的实验教学过程中得到体验。

在这节课的教学中，由于师生互动、学生活动较多，时间的控制难度较大。同时由于实验场地的限制，无法让学生亲身体验拔河的乐趣是一个遗憾，同时拔河问题也给后面学习牛顿第三运动定律留下一个伏笔。而在探究互成角度的共点力的合力的实验中，如果再加上一两组大角度的分力与合力的关系，让学生更直接地感受到超过120°的两个分力的合力的大小比其分力的大小更小，进一步升华矢量运算与标量运算的不同，更有利用学生理解平行四边形定则。