高一上学期物理人教版（2019）必修第一册 3.4 力的合成 教学设计（表格式）（1课时）

第三章 相互作用
4.力的合成
一、课程标准
在《普通高中物理课程标准》共同必修模块物理一的内容标准中涉及本节内容有“通过实验，理解力的合成与分解，区分矢量与标量，用力的合成与分解分析日常生活中的问题”。该条目要求学生通过实验对力的合成与分解的学习应达到理解的水平，并能用力的合成与分解分析日常生活中的问题，这体现了关注物理与生产、生活的联系。
二、教材分析
“力的合成”这一节研究的是力的等效关系，依据等效思想总结出力的平行四边形定则。教学中应让学生体会运用“等效”思想研究问题是物理学研究中的一种重要方法。平行四边形定则是矢量运算普遍遵循的法则，而矢量运算贯穿高中物理始终，因此，本节内容为以后学习速度、速度的变化，动量、动量的变化等矢量及其运算奠定了基础，它具有承上启下的作用。
三、学情分析
学生在初中已接触过求沿同一直线作用的两个力的合力的方法，在第一章也已对位移的矢量合成有粗浅了解。但高一学生刚接触矢量，对矢量的运算缺少感性的认识，力的合成法则对他们来说是一个比较困难的问题。
四、教学目标
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、通过实验探究得出力的平行四边形定则。
3、参与实验探究力的合成定则的过程，体会实验归纳的物理方法。
4、体会在科学研究中既要大胆猜测，也要严谨求证，养成严谨、实事求是的科学态度。
五、教学重点
实验探究力的平行四边形定则。
六、教学难点
利用实验得到合力与分力的大小和方向，猜想它们之间所遵循的运算规律。
七、教学资源
多媒体、力的合成演示仪、力传感器、数据采集器、计算机、弹簧秤、数字测力计、橡皮筋、钩码、细线、木板、白纸、铅笔、直尺、橡皮、数据线
八、教学设计思路
这节课的设计从总体上来讲，遵循的是从实践到理论再到实践的认识规律，根据学生的认知特点来设计教学过程，注重知识间的内在逻辑关系，旨在培养学生的科学思维能力，发展核心素养。
先根据生活情境实例引出合力、分力的概念，再通过实验创设一个认知冲突情境，来引出探究问题——合力和分力在运算上是什么关系，进入到实验探究环节。
实验探究按照从特殊到一般的逻辑推理方式，教师演示两组特殊值探究，对应的合力分力运算关系分别用矩形、菱形来表示，引导学生根据这两种图形的共性猜想到平行四边形，接下来是学生实验探究。
学生是分组实验，采用两种方案，分别对应力的两种作用效果，测量工具也多样化，有弹簧秤、数字测力计、力传感器。实验完成后，引导学生根据所作图形总结出平行四边形定则。
得出结论后，再进行实物验证，让学生体会根据平行四边形定则算出来的合力值与实际测出来的合力值是吻合的，这个验证环节是从理论再到实践的过程，使得整个探究环节完整。
接下来是规律应用，让学生利用力的合成知识讨论课堂引入问题——斜拉桥的承重原理，前后呼应，又加深学生对平形四边形的理解。
九、教学流程图
十、教学过程
教学过程 教师活动 学生活动 设计意图
引入新课 图片展示简易桥模型，承重效果不好。 课堂展示改装过的斜拉桥模型，且实物演示承重效果增加。 提出问题：为什么加了绳子后，桥的承重能力增加了？ 观察两种不同桥型在承担重物时的形变程度 自制教具，呈现明显现象，设置悬念，激发学生兴趣
生活情境 归纳概念 展示图片——赛龙舟。 队员划桨，水对船桨的力合起来使龙舟匀速前行。龙舟装上发动机，发动机的推力也可以使龙舟匀速前行，作用效果相同。 引导学生观察两种力不是同时存在于龙舟上。 引出合力、分力概念，和两者的关系。 根据赛龙舟的例子，体会合力、分力的等效替代关系。 根据生活中的实例，归纳引出合力、分力的概念。培养学生观察生活的能力。
课堂演示 实验一 利用实物演示力的两种作用效果： 演示1：同时用两个力拉橡皮筋会形变到某一位置，用一个力拉橡皮筋也可以到该位置。 演示2：用两根绳子悬挂钩码可以保持静止，用一根绳子悬挂该钩码也可以静止 观察实验操作和结果，进一步体会一个力与几个力的作用效果相同。 再次让学生体会合力和分力的概念；让学生经历找合力的过程，引出力的合成的概念；为学生探究实验铺垫思路。
课堂演示 实验二 第1步：在两根绳子作用下，重物保持静止，两根绳子上的拉力大小可以使用悬挂的钩码的数量来表示，分别是3和4. 第2步：改用一根绳子同样保持重物静止，需要几个钩码呢？通过试挂，发现是5个。说明合力是5. 合力和两个分力的大小，既不是相加关系，也不是相减的关系。 提出问题：合力和分力的运算关系是什么？ 观察实验操作，体会合力与分力不是简单相加减的关系。 创设一个认知冲突情境，激活学生的思维，从而提出本节课的探究问题。
实验探究 教师演示一 实验现象：两个分力大小分别是3和4，合力大小是5. 问题1：要研究合力和分力的定量关系，需要把实际情景中的力呈现在纸面上，可以用什么方法表示力？ 问题2：如何测量力的大小？ 问题3：如何确定力的方向？ 把三个力的图示画在黑板上。 问题4：从力的图示上，能否看出合力和分力的定量关系？ 根据老师设置的问题，积极思考，体会寻找合力与分力运算关系的过程。 设置问题，层层引导，调动学生思维的积极性，使学生初步体会实验探究的过程。利用一组分力和合力的特殊值，降低学生思维难度。
实验探究 教师演示二 实验现象：两个分力大小都是5，合力大小是5. 把三个力的图示画在黑板上。 引导：把分力和合力线段的箭头连起来，观察组成的四边形的形状。 结果：一个是矩形，一个是菱形，均是两个分力线段是两条边，合力线段是对角线。 猜想：合力与分力的运算关系可以用哪种几何图形表示？ 平行四边形。 观察实验操作，分析两组力的图示，发现组成力的线段间的几何关系，进一步猜想合力与分力间的运算关系。 再设置一组分力和合力的特殊值，引导学生根据矩形菱形的共性猜想平行四边形。依据从特殊到一般的逻辑推理方式，方便学生猜想出规律。
实验探究 学生实验 采用多样化的探究方案： 方案一：利用橡皮筋形变来表示力的作用效果。把引起橡皮筋形变的两个分力和它们的合力大小方向确定出来，作出力的图示，验证猜想是否正确。 方案二：利用改变钩码状态来表示力的作用效果。把让钩码静止的两个分力和它们的合力大小方向确定出来，作出力的图示，验证猜想是否正确。 提供实验器材和实验方案，指导学生分组进行实验来验证猜想。 分组进行实验，把两个分力和它们的合力大小、方向确定出来，作出力的图示，验证猜想是否正确。 让学生自己动手验证自己的猜想是否正确，经历实验探究过程，培养学生实验探究能力和动手操作能力。
归纳总结 验证问题：你们是怎么判断出这个四边形就是平行四边形的呢？ 正如大家所猜想的，根据大量的实验表明，合力线段与两个分力线段为邻边组成的平行四边形的对角线是重合的。 总结：平行四边形定则 在老师的引导下总结实验结论，得出力的合成规律。 培养学生从现象提炼出本质，得出结论，让学生获得成功喜悦。
实验验证 教师演示 利用平行四边形定则求一组分力的合力。 实验过程：把两个分力大小用力传感器测出来，利用电脑作图，把两个分力图示作出，根据平行四边形定则把理论上合力值求出。 再用力传感器把实际上合力值测出来。 看合力实际值与理论值是否吻合。 观察实验结果，看合力实际值与理论值是否吻合，体会平行四边形定则的正确性。 通过验证，培养学生严谨的科学态度。
规律应用 学生讨论 现在知道了力的合成方法，回到课堂上一开始的问题，结合力的合成知识，分析讨论斜拉桥的承重原理。 给每一小组提供一个斜拉桥模型。 小组结合斜拉桥模型，进行分析讨论。 让学生在实际情景用应用平行四边形定则，加深对规律的理解。
结束 解释斜拉桥的原理。当重物放桥上时，由于重力作用，绳子会绷紧，两侧绳子都有对桥面沿绳向上的拉力作用，两侧拉力根据平行四边形定则合成后，合力竖直向上，向上的合力起到了增加桥梁承重的效果。正因如此，斜拉桥具有跨度大、结构稳定的优点，是很多桥梁的主选桥型，比如郑州农业路高架桥。 斜拉桥是生活中非常典型的应用力的合成的例子，大家用心观察，相信会发现更多典型的例子！ 让学生体会力的合成在生活生产中的应用。
板书设计 3.4 力的合成 F1 等效替代 几个力 一个力 F 力的合成 F2 F1 F F2