3.4力的合成和分解—教学设计

引 言
本篇教学设计，是在仔细阅读了新课程标准以及教学参考后，结合本人对《力的合成和分解》这节课的理解，浅谈几点关于本篇教学设计想法：
①强调对实验的挖掘，通过引入新课时设计的实验，培养学生的问题意识并激发学生的学习兴趣。
②通过实验满足学生成为“发现者”的愿望，让学生主动参与到探究的过程，成为学习的主体，积极主动地获取知识和能力，由学生通过实验探究出结果。让学生在讨论与交流中去解决问题，让学生去认识和发现自己的不足。
③本节课设计成自主合作探究的方式，利用多媒体实现信息技术与物理实验教学的有机整合。
④教师创设情境，让学生自己提出问题，在教师的引导下，通过同学的讨论，自评和互评来不断完善结论。培养学生的合作精神、获得探究的成功体验，善于交流和倾听别人的观点。
⑤整个探究实验的实施过程，坚持以学生为主体，以教师为主导，以问题为主线，以学生分组实验为主要教学形式来进行教学，学生不是“被动”的听、记，而是“主动”的学，于无形中，学生的能力得到锻炼。
由于本人工作经验和认知的局限性，教学设计难免有不足之处，欢迎大家批评指正！
目 录
一、课标要求 1
二、教材分析 1
2.1本章教材与以往教材在结构设计上的变化 1
2.2从整个高中物理课程的视角设计教学目标 2
三、教学目标 2
四、重点难点 3
4.1重点 3
4.2难点 3
五、教学准备 3
5.1教师准备 3
5.2学生准备 3
六、教学设计 3
6.1情境引入 3
6.2新课教学 4
6.3课堂小结 9
6.4作业设计 9
七、板书设计 10
八、教学反思 10
第三章 相互作用----力
第4节 力的合成和分解--教学设计
【学校：行唐县第一中学 设计人：武生君】
一、课标要求
1.2.1认识重力、弹力和摩擦力.通过实验，了解胡克定律。知道滑动摩擦和静摩擦现象，能用动摩擦因数计算滑动摩擦力的大小
1.2.2通过实验，了解力的合成与分解，知道矢量和标量.能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题
二、教材分析
本章讲述的是关于“力”的基础知识，是学习动力学的基础和准备。内容包括重力、弹力、摩擦力、力的合成、力的分解、牛顿第三定律、共点力的平衡。本章内容与初中学过的有关力学知识联系密切，是初中知识的扩展和深化，是今后学好其他力学知识的基础，受力分析和共点力的平衡、力的合成与分解，在高考中占有重要的地位。
所谓基础性，就是要为学习力学知识打下扎实的基础。从知识方面来说，就是理解力的初步概念，理解重力、弹力、摩擦力产生的条件和特性，会进行力的合成和分解。从运用方面说，是初步熟悉对一个物体的受力分析，会画出正确的受力图，掌握初步的受力分析，会用共点力的平衡条件来解决问题。
本章内容与旧版教材相比，删减了四种相互作用，增加了探究弹簧弹力与形变量的关系，牛顿第三定律，共点力的平衡把牛顿第三定律和共点力的平衡提前到第三章更符合新课程标准，更有利于学生知识体系的构建来形成。
教科书第一章，第二章学习的是关于运动学的知识，不涉及发生各种运动的原因。本章学习的是关于力的知识，并研究当加速度等于0时物体所受各个力之间的关系----合力为0 ，开始建立运动和相互作用的关系。本章在高中物理教学中占有重要地位，在培养学生学科核心素养方面具有重要意义。
2.1本章教材与以往教材在结构设计上的变化
第一，把牛顿第三定律由原来在牛顿运动定律之后，提前放入本章，这就为解答共点力平衡问题的受力分析奠定了必要的知识基础。为此，本章在重力、弹力、摩擦力的后面，增加“牛顿第三定律”一节课文，并在该节课文中，专门设立了一个“物体受力的初步分析”小标题，为分析“共点力的平衡”问题设下伏笔。
第二，把力的合成和分解设计为一节课， 其教学目标很明确，只要求学生会用等效替换的方法根据平行四边形定则进行力的合成和分解的运算，并不要求学生解答具体实际情境中的受力问题，而把这些问题放在“共点力的平衡”中去解决，这有利于帮助教师理解和规范力的合成和分解的教学目标。
第三，把“共点力的平衡”由原教科书中牛顿第二定律应用的特例，变为一个独立知识点，放在牛顿第二定律之前学习，并且作为本章的一个重点。学生在学习共点力平衡的过程中，所形成的一些科学思维方法，将为学习和应用牛顿第二定律带来帮助，有利于循序渐进地形成运动与相互作用观念。
2.2从整个高中物理课程的视角设计教学目标
课程标准把力的合成和分解教学要求降低为“了解”， 并要求“能用共点力的平衡条件分析日常生活中的问题”，明确指出分析日常生活中的受力问题，所用的知识是共点力的平衡条件，而不是力的分解。力的分解不过是共点力平衡问题解答中的一个数学计算步骤，它不属于运动与相互作用观念的核心知识。为此，教科书把力的合成和分解合并为一节课文， 在该节课文中，突出“等效替换”的思想，不要求学生用力的分解求解实际情境中物体的受力问题，学生会用平行四边形定则求解有确定方向的力的分解问题就可以了。分力的方向(坐标系的选择)，是以后学习共点力的平衡和牛顿第二定律时根据问题解答的需要来确定的。
这样，既规范了学生解答静力学和动力学问题的思路在培养学生运动与相互作用观念，又提升了学生的学科核心素养。
三、教学目标
1.知道合力和分力的概念，体会等效替换的思想
2.通过实验探究，得出力的合成和分解遵从的法则----平行四边形定则
3.会用作图和三角函数的知识求解合力或者分力
4.知道矢量相加遵从平行四边形定则，标量相加遵从算术法则。能区别矢量和标量。
四、重点难点
4.1重点
4.1.1通过生活实例，体会等效替代的物理思想
4.1.2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
4.2难点
4.2.1会用作图法和直角三角形知识求共点力的合力
4.2.2会应用平行四边形定则或三角形定则进行矢量运算
五、教学准备
5.1教师准备
多媒体课件、方木板、白纸、图钉、弹簧、细绳套、刻度尺、铅笔等
5.2学生准备
课前预习、学具及实验准备
六、教学设计
6.1情境引入
师：播放多媒体课件，回顾曹冲称象的故事，渗透等效替换的思想。引导学生思考“问题栏”的问题：一个静止的物体在某平面上受多个力作用，物体将向哪个方向运动？在保证力的作用效果不变的前提下，这几个力如何用一个力来代替？
生：学生观察、思考、回答问题。
师：通常物体都会受到多个力的作用，许多情况下这些力共同的作用效果可以与某个力单独作用时产生的效果相同。
【设计意图】用学生很熟悉的故事引出课题，较快集中学生的注意力，既可以激发学生学习兴趣，又提出一个可以探究的问题。
6.2新课教学
【任务一】 共点力及其特征
1共点力 教师活动：多媒体展示下图
生：讨论，思考，作出物体受力分析图，分析作用在同一个物体上几个力的特点
学生分析得出：一个物体受到几个外力的共同作用，如果这几个力有共同的作用点或者这几个力的作用线交于一点，这几个外力称为共点力。
教师活动：根据师生共同的分析总结，可视为共点力的情况通常有以下几种：
(1)几个力同时作用于同一点(即力的作用点相重合)，如图甲所示
(2)同时作用在同一物体上的几个力，虽然作用点并不重合但是这几个力的作用线的正向或反向延长线能够相交于同一点，如图乙所示
(3)物体被视为质点时，作用在物体上的几个力就认为是共点力，如图丙所示
2合力和分力
教师活动：多媒体展示图片，并按照图片内容准备一桶水，请同学们完成演示
教师展示图片，学生作出水桶的受力分析图
师生共同讨论：引出一个大人提起一桶水与两个小孩共同提起一桶水的“等效”，并从受力分析的物理情境中提出“等效替代”的思想，引出合力和分力的概念。
1)概念：假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同，这几个力叫做那个力的分力。
2)理解：
1合力与分力之间的关系是一种等效替代关系，一个力的作用效果可以与多个力的作用效果相同，即一个力可以由多个力来代替，反之亦然
2合力是其所有分力的共同效果，并不是单独存在的一种新力，受力分析中合力与分力不能同时出现。
【设计意图】归纳合力与分力的关系：等效性、同体性、瞬时性
【任务二】探究两个互成角度的力的合成规律
提问：一个物体受到作用在一条直线上的两个力，怎样来求这两个力的合力呢？
学生根据初中所学的知识回答问题：
(1)若两个分力方向相同时，则两个力相加，合力大小为：F=F1+F2
(2)若两个分力方向相反时，则两个力相减，合力大小为:F=|F1- F2|
1.师生共同总结引出力的合成和力的分解的概念
①求几个共点力的合力的过程叫作力的合成
②求一个力的分力的过程叫作力的分解
教师进一步提问：互成角度的两个力的合力，如何求解 F与F1、F2之间的大小关系又如何 两个互成角度分力的合力大小是否等于两个分力之和、之差呢
【设计意图】通过问题的一步步深入，由浅入深，逐步引出探究实验的内容，符合学生的认知习惯，易为学生所接受。
2.探究两个互成角度的力的合成
教师进一步提出指导性建议，引导学生设计实验方案，提出系列问题：
(1)根据我们的实验方案的设计，需要怎样选择实验器材
(2)如何保证分力与合力的作用效果相同
(3)力的大小和方向该如何确定
(4)怎样研究分力和合力的关系
学生活动：思考、交流、讨论、设计方案
教师活动：收集学生们的实验方案，多媒体展现如下方案：
学生猜想、讨论、分析解决问题的方法及思路
教师参与学生的讨论，围绕实验方案设计进行：如何设计方案，探讨合力的求法
学生活动：
(1)挑选器材
(2)写出具体的实验方案(可简写)
(3)写出简单的实验步骤
(4)设计数据记录表格
学生分小组进行实验操作，观察实验数据，交流、讨论
教师指导，及时帮助学生纠正错误，适时的引导点拨，引导学生做好数据记录
【设计意图】学生分组动手实验，培养他们的实验操作能力和团队合作意识，让学生获得对科学的热爱和亲近感，体验科学探究的严谨性、科学性，获得成就感。
教师结合学生的讨论提出问题
(1)我们能否从几何关系上寻找它们的关系 教师展示课件，分力合成的过程。
(2)从几何上来寻找关系，即是将合力与分力的末端连接起来，是一个四边形，会是一个什么样的四边形
师：如何对实验得到的数据进行处理呢
学生交流讨论，回答：(1)作出力的图示(2)作出分力和合力所形成的四边形
教师引导学生处理实验数据，引导学生得出是个平行四边形
引导学生提出猜想：两个力的分力与合力末端的连接后一定形成一个平行四边形
【设计意图】提出具有指向性的问题，帮助学生形成思考问题的思路，避免学生走一些不必要的弯路；根据学生的具体情况，这些问题全部由学生来进行探究还不太切合实际，所以还要体现老师的引导性，让学生在讨论中思考问题，培养合作的精神和交流的习惯。
实验结论：互成角度的两个力合成时，如果以表示这两个力的有向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，这个法则叫作平行四边形定则。
提出问题：分力F1和F2的大小一定时，想一想合力F的大小和方向随着F1和F2的夹角变化的变化情况
教师点拨：得出分力F1和F2的大小一定时，合力的取值范围：两分力的夹角θ(0°≤θ≤1800)不确定时，合力大小随夹角θ的增大而减小，所以合力大小的范围是：|F1- F2|≤F≤F1+ F2
提出问题：三个共点力的合力怎样求解 三个以上的共点力的合力如何求解呢
学生讨论交流，找出方法：先求出任意两个力的合力，再求出这个合力跟第三个力的合力，直到把所有的分力都合成进去，最后得到结果就是这些力的合力
师：力的分解是力的合成的逆运算，知道物体受到一个力的作用，怎样来求解这一个力的分力呢
学生猜疑，讨论交流思路：
(1)几何知识分析，对于一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形
(2)实际问题中，要依据力的实际作用效果或需要分解(下一节课重点讲)
教师与学生一起对一个力的分解进行分析，并将知识进行迁移，平行四边定则也可称为三角形定则。三角形定则，把两个矢量首尾接，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，如图所示
【设计意图】通过以上对知识的拓展，进一步激发学生动脑思考，体会物理的学习是无止境的，培养学生严谨的科学态度，专研的精神
教师活动：投放例题【教材P70】
例题，某物体受到一个大小为32 N的力，方向水平向右，还受到另一个大小为44N的力，方向竖直向上，通过作图求出这两个力的合力的大小和方向。
学生读题审题，说明解题思路及方法。之后教师投放解题过程。
【设计意图】教师收集学生的解答信息，投放学生的解题过程，师生共同分析，对解题规范进行强调说明，提高学生解决问题的规范性、严谨性的意识。
【任务三】矢量和标量
学生阅读教材P70相关内容，结合预习情况，了解矢量和标量的特点，举例说明所学过的物理量哪些是矢量？哪些是标量？
(1)矢量：既有大小又有方向，相加时遵从平行四边形定则的物理量
学生举例：力、位移、速度、加速度等
(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
学生举例：质量、时间、路程、功、功率、电流等
6.3课堂小结
1分力与合力的三性
2分力与合力的大小关系
3作图法求合力的大小
选标度——作F1、F2图示——作平行四边形
6.4作业设计 课后P71的“练习与应用”第1、3、4、6、7题
七、板书设计
教学反思
1思维过程：现象--本质--规律--应用
思维方法的渗透深度，需要进一步挖掘。
2教学活动：以学生为主体，教师为主导，问题为主线
探究式教学中，程序性原则与开放性原则的把控，需要实践中找到更优解。
3学生行为：讨论--交流--自主探究
能否突破学习本领【提出问题、收集信息、寻找证据、解释重构，迁移...... 】，教学的目的是掌握学习本领。课堂的及时评价需要不断升级。
4教学效果：三个任务、合作精神
设计的学习任务基本完成，对于学科素养的提升，需要不断重组构建。