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視頻標簽：力的合成和分解
所屬欄目：高中物理優質課視頻
視頻課題：高中物理部編版新教材課堂教學優質課比賽必修一第三章《3.4 力的合成和分解》王（安徽省宣城）
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高中物理部編版新教材課堂教學優質課比賽必修一第三章《3.4 力的合成和分解》王（安徽省宣城中學）
教 學 設 計
《力的合成與分解》
第4節 力的合成與分解
【教材分析】
《力的合成與分解》是人民教育出版社《普通高中教科書（2017年版）》物理必修第一冊第三章第4節的內容，本節內容是在學生學習重力、彈力、摩擦力等相關力學知識的基礎上，進一步探究力的運算法則---平行四邊形定則。教材首先從平面上受到5個力靜止的物體出發，設計出替代的力，給出共點力的概念，其次結合生活中提水桶、吊燈懸吊在天花板上等實例，根據等效思想提出合力與分力的概念，接著提出力的合成與分解的探究問題，并通過設計實驗進行探究，得出力的合成與分解所遵從的平行四邊形定則，最后從物理運算的角度，提升對矢量和標量的認識。
力的合成與分解是互為逆過程，教學過程中應注重學生知識的形成過程和對知識的真正理解。我們研究的合力與分力的“等效”思想是物理學研究中的一種重要方法，依據此思想總結出力的平行四邊形定則，并推廣到矢量加減運算的普遍性，讓學生認識物理量的加減是否應用平行四邊形定則，是判別矢量的重要標志。本節內容是高中物理中極為重要的一個知識點，對后續矢量的學習具有重要作用，平行四邊形定則也是處理矢量運算的一個通則，因此本節課具有承上啟下的作用。
【學情分析】
學習本節內容之前，學生已經學習了力、重力、彈力和摩擦力等概念，對“力”有了較為深刻的理解和認識。通過前面位移、速度和加速度等矢量的學習，對“矢量”也有一定的了解，這些為本節課的學習提供了基本的知識儲備。力的直線合成，在初中物理教學中初步涉及，但是他們對剛剛接觸任意夾角的力的合成沒有任何感性認識，沒有任何生活經驗可供借鑒，他們習慣于標量的代數運算， “矢量運算”不是簡單的代數加減，而是滿足“平行四邊形定則”，學生難以想象，意識到學生在這個問題上的困難，通過小組探究的方式教學，讓學生在探究活動過程中獲得切身體驗，形成規律，有利于學生更深刻的理解平行四邊形定則。矢量運算涉及的幾何和代數等數學方法，對學生提出了較高的要求，給本節課的教學帶來了困難，所以教學中要注意規范性，不可操之過急，教學選擇探究和驗證相結合的模式，從學生已有的認知水平出發，注重把控教學的難度與深度。
【教學目標與核心素養】
物理觀念：
1．理解共點力、合力、分力的概念。
2．知道什么是力的合成。
3．掌握并能區別矢量和標量。
科學思維：
1．通過實例的分析，從力的作用效果上使學生認識到 “等效替代”思想。
2．掌握矢量相加時所遵循的普遍規律--平行四邊形定則。
科學探究：
1．通過演示實驗引出合力和分力的概念，從力的作用效果相同了解物理學常用的方法--等效替代法。
2．通過實驗探究 “力的平行四邊形定則”，在探究過程，培養學生設計實驗、動手操作及觀察實驗現象、獲取實驗數據、運用數學方法解決物理問題并得出實驗結論的能力。
科學態度與責任：
1．通過實驗探究培養學生實事求是、尊重自然規律的科學態度，通過分組提高學生合作、交流的能力與團結協作的精神。
2．養成用科學方法與科學知識理解和解決實際問題的習慣，要求學生能在觀察自然、生活現象中發現問題，勇于探究自然現象和日常生活中蘊含的物理知識。
【教學重點】
1．共點力、合力、分力、力的合成、矢量和標量等基本概念的理解。
2．合力與分力的“等效替代”的思想。
3．實驗探究合力與分力所遵循的規律--平行四邊形定則。
【教學難點】
1．“等效替代”思想的理解。
2．探究力的平行四邊形定則的實驗設計與實施，平行四邊形定則的理解和應用。
【教學資源】
演示器材：
重物箱1個、8m長繩、彈簧測力計2個、鉤碼7只、細繩套3根、拉力器1個、橡皮條1根，滑輪2個、水杯1個，鐵架臺2個，力的合成數字演示器1、三角板1對。
學生分組器材（每小組）：
木板一塊、彈簧測力計2個、橡皮筋1條（帶兩個細線套）、實驗白紙1張、圖釘幾個、三角板一對、鉤碼、橡皮、鉛筆等。
教學準備：
PPT教學課件和物理課堂教學展板
【設計思想】
本節課內容比較抽象，因此借助于演示實驗、學生活動和學生的分組實驗探究三者結合應用是十分必要的，通過演示實驗和學生的分組實驗可以將抽象的內容變得直觀，通過創設情境、提出猜想、設計方案、分組實驗、引導啟發、實驗驗證、得出結論，多個角度刺激學生的感觀，讓學生掌握所學內容，并增加了課堂的趣味性。教學過程中注重教師的“導”和“參與”，適時、適度地參與學生的探究活動，淡化教師的“教”；注重學生對知識的自主學習與自我構建，強化小組的學習與小組交流，淡化機械訓練，摒棄灌輸式教學；通過不斷地引導將所教內容不斷深化，分階段、分臺階地引導學生掌握所學內容，完成學習的任務。
【教學方法】
課堂演示法、問題引導法、小組合作探究法，討論、交流法，驗證法。
【課時安排】
1課時
【教學流程】
【教學過程】
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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任務大挑戰：實驗桌上放置一個用繩子系好的箱子。 先請兩位男同學各拉一段繩子的一端，讓他們提起箱子，感受拉力很大；再請一位女學生用一只手就很輕松地將箱子提起來。 提出問題：同一個箱子，為什么兩位男同學特別費勁，而一位女學生很輕松？ 引入新課：這其中的奧秘是什么！帶著這樣的問題，我們學習第4節的內容《力的合成與分解》第一課時。 板書：第4節：力的合成與分解 |
觀看挑戰，關注兩位男同學和一位女學生用力的情況，思考原因。 | 創設情境，利用簡單的活動引出新課，引發學生的好奇心和求知欲。 |
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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演示實驗1：兩個彈簧測力計通過細繩結懸掛鉤碼， 分析結點受力，給出共點力的初步認識。  |
觀察實驗，感受共點力。 | 調動學生的主觀能動性。 |
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
圖片展示：生活中兩個人共同提著一桶水，水桶靜止，分析水桶受力。  引出共點力的概念：幾個力如果都作用在物體的同一點，或者它們的作用線相交于一點，這幾個力叫做共點力。 板書：共點力 |
觀察生活圖片，提升共點力的認識。 |
讓學生準確掌握共點力的概念。培養學生的細微觀察的能力。 |
| 核心素養：通過課堂演示和提水桶這個簡單的生活實例，讓學生感知物理與生活的聯系，提高課堂氣氛，引起學生的興趣，加深理解共點力的概念。 | ||
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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請兩位同學到講臺前與老師對拉拉力器的手柄，首先互成角度的拉，然后一位同學與老師對拉拉力器的手柄，確保兩次拉力器的伸長相同。 圖片展示：兩個女學生分別用拉力F1、F2共同提著一桶水，水桶靜止；一個男學生單獨向上用力F也能提著這桶水，讓水桶保持靜止。 |
兩位男同學按照老師指導拉手柄，其他同學認真觀察兩個拉力F1、F2和一個拉力F的效果。 觀察圖片，跟著老師的講述思考效果相同的含義。 |
通過課堂活動讓學生初步感受力的等效替代。 結合生活中的提水現象，為學生學習合力與分力提供感性認識，幫助學生順利建立合力與分力的概念。 |
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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提出問題：兩個人將一桶水提起來和一個人將水桶提起來，作用效果一樣嗎？ 點評：兩種使用的方法和力不同，在提水桶這個過程中，一個力產生的作用效果和兩個力的作用效果是相同的。 引出分力與合力的概念： 假如一個力單獨作用的效果跟某幾個力共同作用的效果相同，這個力就叫作那幾個力的合力。那的幾個力叫作這個力的分力。 結合活動實例和提水，重點分析在實際問題中，合力與分力是等效替代的關系。 |
水桶都靜止，作用效果一樣。認真聽講，形成合力與分力的概念，加深理解合力與分力的“等效替代”的關系。 |
增加對合力與分力概念的理解。 |
| 核心素養：通過拉力器的現場演示和生活實例，讓學生認識合力與分力，培養學生對物理概念的認知能力，從力的作用效果相同使學生理解“等效替代”的物理思想。 | ||
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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講述：合力與分力是“等效替代”的關系，求幾個力的合力的過程叫作力的合成。 板書：力的合成 提出問題：初中學過同一直線的兩個分力直接相加減就可以得到共同的效果合力，如不在同一直線的兩個分力的合成能否直接相加減，如果不能，它們又遵循著怎樣的規律呢？ 演示實驗2：分別用一個5個單位力和兩個力（3個單位和4個單位）將同一橡皮條拉長相同的長度，猜想它們的關系。   |
認真聽講，掌握力的合成。 回憶初中同一直線的兩個分力直接相加減，思考不在同一直線的兩個分力的合成遵循著怎樣的規律？ 觀察課堂演示實驗，根據現象做出初步猜想力的合成所遵循的規律。 |
進一步加深合力與分力 “等效替代”的關系，引出力的合成的概念。 通過演示實驗，引導學生初步猜想力的合成規律。培養學生敢于猜想的能力。 |
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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演示實驗3：分別用兩個彈簧測力計和一個彈簧測力計通過細繩套懸掛水杯。 注意引導：彈簧測力計使用前的較零，關注精確值和估計值。   記錄讀數，比較是否滿足數學中的勾三股四玄五的規律。 請同學們結合桌面上的實驗器材設計實驗：探究不在同一條直線上兩個分力的合力。  結合學案的問題引導學生設計實驗方案 1、提供實驗儀器并介紹實驗儀器 2、引導學生先提出猜想，根據猜想思考： （1）研究對象選擇什么? （2）如何保證等效相同？ （3）怎樣記錄力的方向？ （4）每一個力大小和方向怎樣準確表示？ 3、學生探究過程中，老師走進學生實驗小組，對實驗中有問題的小組及時引導并分析和記錄問題。 4、各小組展示實驗的成果，引導學生結合本組的實驗用精簡的語言交流探究的過程和實驗結論。 5、根據各小組交流情況進行合理地點評并總結實驗結論。 |
觀察課堂演示實驗，進一步完善自己第一次的猜想。 積極思考，根據老師的演示和和學案中的問題，結合實驗器材，分組討論并設計實驗方案。 合作完成探究實驗，仔細觀察實驗數據，總結實驗結論。 學生代表交流實驗方案，過程和結論。 |
彈簧測力計的使用為學生后面實驗探究做了鋪墊。 演示實驗3和第一次猜想的矛盾引起學生的探究興趣。激發起學生求知的欲望，調動學生學習的積極性。 讓學生自己動手得出結論，使學生更好的理解和掌握規律，同時，也增強學生的動手能力。 學生交流增強學生的語言總結和表達能力。 |
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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通過實驗探究我們知道兩個分力F1、F2和合力F形成了一個平行四邊形。 兩個力合成時，以表示這兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就代表合力的大小和方向，這個規律叫作力的平行四邊形定則。  板書：平行四邊形定則 演示實驗4：通過數字力的合成智能力盤驗證力的平行四邊形定則。   演示實驗5：利用數字智能力盤探究，合力不變時，同時增大兩分力與合力的夾角，兩分力的變化情況。 結論：合力不變時，同時增大兩分力與合力的夾角，兩分力均增大。 解釋課堂引入時的任務挑戰。 圖片展示：斜拉橋，分析各斜拉索對索塔的拉力的合力等效成豎直向下的對橋墩的壓力。   分析總結力的平行四邊形定則適用于共點力的合成。 |
結合自己探究的結論，進一步提高力的平行四邊形定則的理解。 觀察力的平行四邊形定則的智能化實驗。 認真聽講，思考生活中力的平行四邊形定則的應用。 |
進步加深學生對平行四邊形定則的認識；通過力的現場合成，引導學生學會使用力的平行四邊形定則。 智能展示平行四邊形定則，通過實驗揭示任務挑戰的原因，釋疑學生的困惑。 讓學生體會物理在生活中的應用，增強物理學習的興趣。 |
| 核心素養：通過兩個演示實驗，逐步引導學生猜測合力與分力滿足的運算規律。通過探究讓同學們經歷從“猜想”到“設計方案”到“分組實驗”到“得出結論”到“結論驗證”的過程，培養學生實事求是、尊重自然規律的科學態度，提高學生合作、交流的能力與團結協作的精神，學會運用數學方法解決物理問題并得出實驗結論的能力，養成用科學方法與科學知識理解和解決實際問題的習慣，要求學生能在觀察自然、生活現象中發現問題，勇于探究自然現象和日常生活中蘊含的物理知識。 | ||
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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力的合成，可以認為是力的相加。二力相加時，不能簡單地把兩個力的大小相加，而要按平行四邊形定則來確定合力的大小和方向。我們第一章學過的位移、速度、加速度合成時也遵從平行四邊形定則，當時我們知道它們都有大小和方向，是矢量，那么準確的說：既有大小又有方向，相加時遵從平行四邊形定則的物理量叫作矢量。只有大小，沒有方向，相加時遵從算術法則的物理量叫作標量。例如質量，時間，路程，功和電流都是標量。 課件展示：矢量、標量 |
回憶第一章學到的矢量與標量的概念，理解矢量與標量的完整概念。 | 完善學生對矢量和標量的認識，提升矢量和標量在學生心目中的地位。 |
| 核心素養： 把力的平行四邊形定則推廣到矢量相加時所遵循的普遍規律，掌握矢量和標量的運算法則不同，明白一種新的運算法則--矢量的平行四邊形定則。 | ||
| 教 師 活 動 | 學 生 活 動 | 設 計 意 圖 |
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提出問題：通過本節課，你學習到了哪些物理概念、知識和規律？ 引導學生概括總結本節課所學的物理概念（共點力、合力、分力、力的合成、矢量與標量），“等效替代”的思想，實驗探究力的合成規律--平行四邊形定則和物理規律在生活中的應用。 |
學生思考，總結課堂所學物理知識。 | 了解學生對本節課的掌握程度。 |
| 核心素養： 通過老師提問，學生思考、總結回答，有利于學生對整節知識系統性的掌握，能夠很好的培養學生概括總結和語言表達的能力，提升物理課堂對學生成長的作用。 | ||
| 猜想： | |||
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思考：（1）研究對象選擇什么? （2）如何保證等效相同？ （3）怎樣記錄力的方向？（4）每一個力大小和方向怎樣準確表示？ |
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| F1/N | F2/N | F/N | 力的圖示的標度 |
| 探究結論： | |||
視頻來源：優質課網 www.jixiangsibao.com
