4.1 科学探究：力的合成 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第一册

4.1《科学探究：力的合成》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 鲁科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理必修第一册第四章第一节，是“相互作用”单元的起始课之一。力的合成是矢量运算的重要基础，也是理解后续牛顿定律、平衡条件和动力学问题的关键环节。教材通过生活实例引入合力与分力的概念，借助实验探究平行四边形定则，强调“从现象到规律”的科学探究过程。其核心在于引导学生建立矢量合成的思想方法，为后续学习提供工具支撑。
学情分析
高一学生已具备初步的力学知识，如重力、弹力、摩擦力等，并能进行简单的受力分析。但对“力是矢量”这一概念理解尚浅，容易将力的合成误认为代数相加。学生的抽象思维能力正在发展，动手实验兴趣浓厚，但对数据处理和规律归纳仍显薄弱。此外，部分学生在数学上对三角函数和平面几何掌握不牢，影响对平行四边形定则的理解。因此，教学中需强化直观体验，借助实验与情境帮助学生突破认知障碍。
课时教学目标
物理观念
1. 理解合力与分力的概念，知道等效替代思想在力的合成中的应用。
2. 掌握力的平行四边形定则，能用作图法求解两个共点力的合力。
科学思维
1. 经历提出假设、设计实验、收集数据、分析归纳得出结论的完整探究过程，提升逻辑推理能力。
2. 能运用等效替代和矢量合成的思想解决简单实际问题。
科学探究
1. 能独立完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，正确使用弹簧测力计和细绳装置。
2. 能根据实验数据绘制力的图示，分析合力与分力之间的关系。
科学态度与责任
1. 在小组合作中培养实事求是、尊重证据的科学态度。
2. 感受科学家探索自然规律的过程，增强对物理学的兴趣和责任感。
教学重点、难点
重点
1. 合力与分力的概念及等效替代思想的理解。
2. 力的平行四边形定则的内容及其应用。
难点
1. 实验中如何准确测量并记录多个方向的力。
2. 从实验数据中抽象出平行四边形定则的几何关系。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习
教具准备
弹簧测力计（带挂钩）、橡皮筋、白纸、图钉、细线、直尺、量角器、铁架台、多媒体课件
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、创设真实情境，激发探究欲望 （一）、播放视频：拔河比赛中的“斜拉救援”场景
教师播放一段真实的救援视频：一辆陷入泥潭的汽车，由两辆拖车分别从左右两侧以一定夹角牵引，最终成功脱困。而单独一辆拖车无法拉动。提问：“为什么两辆车斜着拉反而更有效？它们的拉力能不能简单相加？”
引导语：同学们，生活中我们常看到这样的现象——一个人提不动的箱子，两个人一起抬就轻松了；一个方向拉不动的物体，换个角度合力就能移动。这说明力的作用效果不仅与大小有关，还与方向密切相关。那么，当多个力同时作用在一个物体上时，它们的效果能否被一个力代替？这个“替身”力又是怎样确定的呢？今天我们就来揭开这个谜底——走进《科学探究：力的合成》。
（二）、回顾旧知，引出等效替代思想
教师提问：“我们在前面学习过‘重力’，如果一个物体受到多个力的作用，比如放在斜面上的木块，它受到重力、支持力和摩擦力。但我们有时会说‘这个物体相当于只受一个合力作用’，这是什么思想？”
待学生回答后，教师总结：“这就是‘等效替代’的思想——用一个力来代替几个力，只要作用效果相同。今天我们要研究的就是：如何找到那个能‘替代’几个力的‘合力’。” 1. 观看视频，思考问题。
2. 回忆已有知识，参与讨论。
3. 明确学习主题，产生探究兴趣。
4. 理解“等效替代”思想的基本含义。
评价任务 观察能力：☆☆☆
问题意识：☆☆☆
概念迁移：☆☆☆
设计意图 通过真实救援情境引发认知冲突，打破“力可简单相加”的错误前概念。利用学生熟悉的例子唤醒已有经验，自然引出“合力”与“等效替代”的核心思想，为后续实验探究奠定心理和认知基础。
概念建构
【8分钟】 一、定义合力与分力，建立物理模型 （一）、演示实验：橡皮筋的拉伸效果
教师在黑板上固定一根橡皮筋的一端，在另一端系上三根细线。先用一个弹簧测力计沿水平方向拉伸橡皮筋至某一标记位置，记下拉力F的大小和方向。然后撤去该力，改用两个弹簧测力计分别沿不同方向（互成一定角度）拉动另外两根细线，调整两力的大小和方向，使橡皮筋再次伸长到同一位置。此时记录下两个拉力F 和F 的大小和方向。
提问：“两次操作中，橡皮筋的形变程度是否相同？说明什么？”
引导学生得出：虽然施加的力不同，但产生的效果（伸长量）相同，因此F可以等效替代F 和F 。
（二）、提炼概念，明确术语
教师板书并讲解：“如果一个力产生的效果跟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，原来的几个力叫做分力。”
强调：“合力与分力是等效替代关系，不是同时存在的力。”
进一步提问：“那么，合力F与分力F 、F 之间究竟存在怎样的定量关系呢？是不是F = F + F ？显然不是，因为方向不同。我们需要通过实验来寻找规律。” 1. 观察实验现象，记录数据。
2. 比较两次拉伸效果，理解等效性。
3. 理解合力与分力的定义。
4. 思考合力与分力的数量关系。
评价任务 观察准确：☆☆☆
概念理解：☆☆☆
质疑能力：☆☆☆
设计意图 通过直观的演示实验，让学生亲眼看到“等效替代”的具体表现，强化对合力与分力概念的理解。设置问题链引导学生主动思考，意识到方向的重要性，从而自然过渡到对合成规律的探究需求，形成强烈的探究动机。
实验探究
【15分钟】 一、设计实验方案，明确操作步骤 （一）、介绍实验器材与原理
教师展示实验装置：将白纸固定在竖直平板上，用图钉固定橡皮筋一端，另一端连接结点O，结点O连出三条细线，其中两条连接弹簧测力计用于施加分力，第三条用于验证或作为参考方向。说明实验目标是探究两个互成角度的分力与其合力之间的关系。
强调注意事项：弹簧测力计使用前要调零；读数时视线垂直刻度盘；结点O的位置必须每次重合才能保证等效；拉力方向应与细线一致，避免摩擦影响。
（二）、分组实验：探究力的合成规律
将学生分为6人小组，每组配备一套实验器材。教师下发实验记录表，包含以下栏目：实验次数、F 大小与方向、F 大小与方向、合力F大小与方向、F 与F 夹角θ、作图验证结果。
指导学生按如下步骤操作：
1. 固定橡皮筋一端，确定结点O的位置。
2. 用一个测力计拉结点至某位置A，记录此时的拉力F作为“合力”参考值（注意方向用细线在纸上标出）。
3. 撤去F，改用两个测力计从不同方向拉结点，使其再次到达位置A，记录F 和F 的大小和方向（可用细线描点连线表示方向）。
4. 改变F 与F 的夹角，重复实验至少三次，获取多组数据。
5. 在白纸上以统一标度画出各次实验的F 、F 和F的图示。
二、数据分析，归纳规律 （一）、引导学生进行图示分析
教师巡视各组，指导学生将F 和F 的起点移至同一点，尝试以F 和F 为邻边作平行四边形，观察其对角线是否与合力F在同一直线上且长度相等。
提问：“你们发现对角线与F的关系了吗？夹角变化时，这种关系是否依然成立？”
（二）、组织交流，形成共识
邀请几组代表展示他们的作图结果。多数小组会发现：合力F恰好是以F 和F 为邻边所作平行四边形的对角线。
教师总结：“经过大量实验验证，我们发现：两个共点力合成时，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。这就是著名的——力的平行四边形定则。” 1. 分组领取器材，组装实验装置。
2. 按步骤进行实验操作，记录数据。
3. 绘制力的图示，尝试作平行四边形。
4. 小组讨论，归纳实验结论。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据真实：☆☆☆
规律发现：☆☆☆
设计意图 通过学生亲自动手实验，经历完整的科学探究过程，培养实验技能和团队协作能力。在“做中学”中深化对矢量合成的理解。通过多次实验和图示分析，帮助学生从具体数据中抽象出普遍规律，实现从感性认识到理性认识的飞跃。
规律应用
【10分钟】 一、例题解析，掌握作图方法 （一）、典型例题示范
教师投影出示例题：“已知两个共点力F =3N，方向水平向右；F =4N，方向与F 成90°角向上。试用平行四边形定则求它们的合力。”
教师在黑板上演示作图过程：
1. 选定标度，如1cm代表1N。
2. 从同一点O出发，画出F =3cm（水平向右），F =4cm（竖直向上）。
3. 以F 和F 为邻边作平行四边形。
4. 作出对角线OC，测量其长度为5cm，故合力大小为5N。
5. 用量角器测量OC与F 的夹角约为53°，即合力方向为东偏北53°。
强调：“作图必须规范，标度统一，箭头明确。”
二、变式训练，拓展思维深度 （一）、特殊角度分析
教师提问：“当两个分力同向时，合力多大？反向呢？垂直呢？”
引导学生结合平行四边形定则分析：
- 同向：夹角0°，平行四边形退化为直线，合力F=F +F 。
- 反向：夹角180°，合力F=|F -F |，方向与较大者相同。
- 垂直：构成矩形，合力F=√(F +F )，方向tanθ=F /F 。
（二）、逆向思维训练
提问：“如果已知合力和其中一个分力，能否确定另一个分力？”
引导学生思考：可以，但通常有两个解（菱形对称），除非限定方向或大小。 1. 观察教师示范，模仿作图步骤。
2. 独立完成课堂练习题。
3. 参与讨论特殊情形下的合力计算。
4. 思考逆向问题，拓展思维边界。
评价任务 作图规范：☆☆☆
计算准确：☆☆☆
思维灵活：☆☆☆
设计意图 通过典型例题的规范演示，帮助学生掌握力的图示法和作图求解的基本技能。设置变式问题，引导学生深入理解平行四边形定则在不同条件下的表现形式，提升分析能力和逆向思维能力，促进知识的内化与迁移。
课堂总结
【7分钟】 一、结构化回顾，系统梳理知识 （一）、师生共同总结本节课内容
教师引导：“今天我们经历了怎样的学习旅程？”
学生回答后，教师系统梳理：
1. 我们从生活情境出发，提出了“多个力能否被一个力替代”的问题。
2. 通过实验，我们定义了合力与分力，并明确了等效替代的核心思想。
3. 经历了完整的科学探究过程：提出问题→设计实验→收集数据→分析归纳→得出结论。
4. 最终发现了力的合成遵循平行四边形定则——这是矢量运算的基本法则之一。
二、升华式总结，感悟科学精神 （一）、联系科学史，致敬探索者
教师讲述：“早在17世纪，伽利略和牛顿就在思考类似的问题。正是这些看似简单的力的合成规律，奠定了经典力学的大厦。每一个物理规律的背后，都是无数科学家反复实验、严谨推导的结果。”
引用爱因斯坦的话：“想象力比知识更重要，因为知识是有限的，而想象力概括着世界，推动进步，是知识进化的源泉。”
总结升华：“今天你们每一个人，都像一位小小的科学家，在实验室里亲手验证了自然的法则。希望你们保持这份好奇与探究的热情，未来也许就在你们手中，揭开更多宇宙的秘密。记住：每一个伟大的发现，都始于一个勇敢的提问和一次认真的实验。” 1. 回顾学习路径，梳理知识脉络。
2. 理解科学探究的完整流程。
3. 感受科学发现的历史意义。
4. 激发科学探究的内在动力。
评价任务 知识整合：☆☆☆
过程理解：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
设计意图 采用“结构化+升华式”双重总结，既帮助学生构建清晰的知识框架，又通过科学史与名言激励，提升课堂的精神高度。让学生体会到自己不仅是知识的接受者，更是科学精神的传承者，增强学习的使命感和成就感。
作业设计
一、基础巩固
1. 下列说法正确的是（ ）
A. 合力总大于任一分力
B. 合力可以小于任一分力
C. 两个分力夹角越小，合力越小
D. 合力方向一定与分力方向相同
2. 已知两个共点力F =6N，F =8N，它们之间的夹角为90°，求合力的大小和方向。（要求画出力的图示）
二、能力提升
3. 如图所示，一个重物被两根绳子悬挂，OA绳水平，OB绳与竖直方向成30°角，若物体重G=10N，求两根绳子的拉力大小。（提示：结点O处于静止状态，合力为零）
三、实践拓展
4. 设计一个小实验，用家里的弹簧秤或橡皮筋验证力的平行四边形定则，并拍照记录过程，写下你的发现。
【答案解析】
一、基础巩固
1. B（解析：当两分力反向时，合力可能小于任一分力）
2. 解：F = √(6 +8 ) = √(36+64) = √100 = 10N，方向与F 夹角θ满足tanθ=8/6=4/3，θ≈53°
二、能力提升
3. 解：设OA绳拉力为T ，OB绳拉力为T 。由平衡条件：T cos30°=G=10N → T =10/(√3/2)≈11.55N；T =T sin30°≈11.55×0.5≈5.77N
板书设计
科学探究：力的合成
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一、合力与分力
定义：效果相同 → 等效替代
F ← F , F
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二、实验探究：平行四边形定则
步骤：等效拉伸 → 记录方向大小 → 作图分析
结论：
F
↗
O————→ F
↘
F（对角线）
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三、应用规律
同向：F = F + F
反向：F = |F - F |
垂直：F = √(F + F )
教学反思
成功之处
1. 以真实救援视频导入，极大激发了学生的学习兴趣和探究欲望，课堂氛围活跃。
2. 实验环节组织有序，学生动手参与度高，大多数小组能通过作图自主发现平行四边形定则，体现了“做中学”的理念。
3. 板书设计层次清晰，图文结合，有效辅助了知识建构。
不足之处
1. 部分小组在实验操作中读数不够精确，导致作图误差偏大，今后需加强实验细节指导。
2. 对数学基础较弱的学生而言，作图和角度计算仍有困难，个别学生未能完全掌握。
3. 时间分配略显紧张，最后的拓展应用未能充分展开，可在下一课时补充。