高中物理教科版必修一第二章第五节《力的合成》教学设计

《力的合成》教学设计
一、教学背景分析：
【教材分析】
本节课是必修一第二章第五节内容，是在学生学习了几种具体力之后，根据等效思想，利用实验，探究合力与分力关系的一节规律课。“平行四边形定则”是矢量运算的普遍法则，学习它不但是研究力的合成与分解的需要，也是为以后学习速度的变化、动量的变化等矢量运算做准备，但矢量的运算法则对初学者来说是很难跨越的一个台阶，因此教材将验证实验变成了探究实验，让学生亲身经历规律得出的过程，做到了知其然又知其所以然。
【学情分析】学生通过以前的学习已经初步了解了等效替代思想，也基本掌握了用图示法表示力的大小和方向，对一条直线上的力的合成也有了初步的认识，但对矢量的理解还很肤浅。因此老师要引导得当，注重分析贴近学生生活的实际问题，将整个实验分解成若干个环节，使得每一步学生都能够得着。力的合成规律的探究过程依据的是“等效替代”思想，学生只有领悟了这一思想，才有可能以它为指导思想真正理解“平行四边形定则”，才有可能灵活应用
二、教学设计思想：
《普通高中物理课程标准（实验）》提出：“物理课程应促进学生自主学习，让学生积极参与，乐于探究，勇于实践，勤于思考……培养其科学探究能力。”本设计正是从日常生活中的问题入手，设置悬念，激活学生思维，引导他们发现并提出问题，经历科学探究的全过程，获得体验。本设计首先利用曹冲称象的视频加深学生对等效替代思想的理解，再引导学生通过生活中的实例，得出合力概念；接着利用小实验让学生体验力的合成不仅要考虑分力的大小还要考虑方向，从而激起学生探究的欲望；最后为学生提供实验器材，让学生分组探究，定量的得出相应的结论。通过本节教学，不仅要让学生学到基本的物理知识与技能，还要让学生体验科学探究过程，培养学生进行实验探究的能力和勇于探索的精神。
三、教学目标
（一）知识与技能
1、初步掌握等效替代的方法
2、理解合力与分力的概念，知道什么是力的合成。
3、初步理解力的“平行四边形定则”
3、能区分矢量与标量
（二）过程与方法
1、采用“等效替代”思想来理解合力与分力的概念，并在这一思想的指导下，通过实验探究来体验
“力的平行四边形定则”的发现过程。
2、采用实验探究的学习方式，通过独立思考与分组讨论等过程，培养学生设计实验、动手操作及观察实验现象的能力，以及分析、综合、归纳的能力。
3、通过课堂实验的设计及操作过程，培养学生利用现有器材设计实验的能力
（三）情感、态度与价值观
1、通过实验探究过程，激发学生的学习兴趣，发挥学生的积极性、主动性和创造性。
2、通过力的合成的研究与规律的发现，培养学生严谨的科学态度，逐步养成用科学方法与科学知识理解和解决实际问题的习惯，提高科学素养。
3、通过分组实验，培养学生合作、交流的能力与团结协作的精神。
4、通过曹冲称象的故事让学生理解面对困难要有战胜它的勇气和智慧
四、教学重难点
渗透“等效替代”的物理思想，促使力的平行四边形定则的发现与深刻的理解。
五、教学难点
①实验的设计；②平行四边形关系的发现；③从“代数和”思维到“矢量和”思维的跨越；④对合力与分力间的“等效替代”关系的真正理解与灵活运用。
六、教学手段与方法
1、多媒体辅助教学
2、教师演示实验与学生分组实验结合。
七、教学过程
（一）提出等效替代的方法
课前播放曹冲称象视频，上课之后提问：为什么石头的质量等于大象的质量
老师总结：通过上面的分析我们知道了等效替代法的关键是作用效果相同，使用等效替代法的好处是可以是复杂问题简单化，或者把看似无法解决的问题变得轻而易举。
所以，曹冲当时才7岁，没上过高中吧，更没学过物理吧，就能用等效替代的方法解决大人都解决不了的难题。今天我们就要用曹冲的方法解决物理的难题，可是我们上了九年学，学了两年多物力，是不是应该更棒呀！我们今天研究的课题是
第五节
力的合成
（二）引出概念
引入情境：（幻灯片）两位同学一起提着一个水桶的情景
提出问题：他们对水桶施加了几个力？……能用一个力来等效替代它吗？……怎样替代？
学生回答：让一位大同学去提。
追问：刚才这一个力真的“等效替代”了原来两个力的作用了吗？有什么依据？
生活中这样的例子还有很多，幻灯片继续展示照片：两手吊单杠和一手吊单杠，两个力拉橡皮筋，提问：能否用一个力去代替，如何代替
引出概念：如果一个力作用在物体上产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力（resultant
force），而那几个力就叫做这个力的分力（components
of
force）。
求几个已知力的合力叫做力的合成
我们只研究共点力的合力，什么是共点力呢？看书57页，学生读一遍。
（三）对力的合成法则的探究
初高中衔接：初中时我们学过一条直线上的二力合成，大家回忆一下
如果两个分力不在一条直线上呢
（1）提出问题
设置陷阱：（幻灯片）如果两个同学施加在水桶上的力都是100N，那么一个同学需要施加多大的力才能等效替代？
一般回答：400N；
可能回答：小于400N（一般是已预习过的学生或是参加竞赛的学生）
质疑：也就是说你们认为合力的大小等于分力大小之和是吗？你怎么知道？有科学依据吗？……凭直觉得出结论，那是学物理吗？
学生回答：做实验
老师演示：把钩码当作水桶，两个弹簧秤当作手臂，先用两个弹簧秤一起提，读出示数，再用一个弹簧秤去提，记下示数，看是不是合力大小等于分力大小之和
下面你们自己利用你桌上现有的仪器研究一下，当两个提钩码的弹簧秤有一定的夹角时合力和分力的关系……
学生发现：合力大小不等于分力大小之和，（有没有等的时候）而且随着两个分力的夹角增大，两个分力的大小之和与合力大小的差距越来越大！——
点评：可是我们以前都是这样做的呀，比如一个苹果质量是100g，另一个苹果质量也是100g,两个苹果不就重200g了吗？但对于矢量：它们除了有大小之外，还有方向：例如两个力，当它们的方向互成某一角度时，求合力就没那么简单了！！
过渡引导：我们刚才反驳了“合力等于分力之和”的观点后，你还想到什么？还做些什么？
学生：很想知道合力跟分力之间到底有什么关系。
老师鼓励：提得很好！力是矢量，我们能否同时考虑合力与分力的大小以及方向间的关系？今天我们就来直接体验一下科学探索的过程：先从最简单的两个力的合力与分力的关系开始研究。
（2）探究过程(分二人小组进行)
1、提出问题：互成角度的两个力跟他们的合力的关系是怎样的？
讲解：我们要想找到分力与合力的关系是不是必须要确定分力的大小和方向呀，可是我们知道力是不能脱离物体而独立存在的，我们就要找一个研究对象，就是一端固定的橡皮筋。那如何确定分力的大小和方向呢，分力已经确定了，是不是还要找到他们的合力呀，如何找到他们的合力呢，结点拉到同一个位置，如何确定合力的大小和方向呢？为了节省时间，我已经把橡皮筋和白纸固定在木板上了。那下面给你们四分钟的时间，四人一组讨论一下具体的实验步骤，如果有困难可以看老师的幻灯片提示
2、设计实验：
幻灯片问题提示：
a）实验仪器中要用的弹簧称和橡皮条，这些器材各发挥怎样的功能？
b）合力与分力作用效果相同，怎样去体现？
c）如何准确直观的记录分力与合力的大小和方向？
找一组同学展示他们的设计思路和步骤，边展示边讲解容易存在的问题
3、进行实验并收集数据：
学生讨论后得出实验方案，老师点评，，学生做实验，老师巡视，发现问题及时用实物投影仪展示
4、分析数据、进一步猜想、得出结论：
分小组分析处理，尝试根据白纸上所画的两个分力与合力的图示进行探究：合力与两个分力间有什么几何关系？
若有困难则进行引导或暗示：鼓励学生，科学探究活动就是要敢于大胆猜测，发挥你们的想象力，物理学上的重大发现都是在实验事实基础上大胆猜测得出的，比如牛顿的万有引力定律。要想找几何关系，数学上经常采取什么办法：比如画辅助线？
引导学生回答出好像是平行四边形。
老师引导：小心验证怎样验证？是把三个力的箭头连线来确定是否平行四边形吗？这样做存在什么问题？（由于实验存在误差，很难确认所画四边形就是平行四边形。可先根据两个分力画出平行四边形，再将其对角线与合力进行对比，看是否重合或偏差有多大，是否在误差允许的范围内，则可以确认是一个平行四边形。）
分组活动：各自画图进行验证……（要求三力画实线、辅助线画虚线）
综合分析程序：老师用实物投影展示两组同学的实验结果
(3)归纳得出结论
是不是所有的合力都是以分力为边长的平行四边形对角线呢，前人们经过很多次的、精细的实验，最后确认，对角线的长度、方向，跟合力的大小、方向一致，即对角线与合力重合，也就是说，对角线就表示F1、F2的合力
力的合成法则——平行四边形定则：
板书：用表示两个分力的线段为邻边做平行四边形，邻边中间的对角线就表示合力的大小和方向，这就叫力的平行四边形定则
（四）课堂小结
说说这堂课你有什么收获？包括物理知识，物理方法，和你的真实感受
通过这节课的学习我们发现，力的合成一般不能像标量那样可以用简单的“加减法”进行运算（同一直线上的力的合成除外），通过探究，我们发现力的合成要按“平行四边形定则”进行，其实，这一运算法则也是所有矢量运算的普遍法则，这也是矢量和标量的本质区别。因此大家要重视理解，学以致用。
（五）板书设计
第五节
力的合成
一、等效替代法
二、合力与分力的概念
三、共点力
四、力的合成法则
1、一条直线上的二力合成：（1）同向
（2）反向
2、互成角度的二力合成
平行四边形定则：用表示两个分力的
线段为邻边做平行四边形，邻边中间
的对角线就表示合力的大小和方向，
这就叫力的平行四边形定则
（六）流程图
八、学习效果评价
本节课成功的关键是学生是否能够自主探究得出平行四边形定则。为了让学生在现有知识水平基础上完成本堂课的教学，我在教学设计中充分体现了教师的指导作用，实验操作的前期指导到位，带着问题阅读教材，交流讨论，并请学生代表展示说明实验的具体流程，使学生对此实验的具体操作方法有了清晰的了解，为全体学生能顺利完成此实验奠定了坚实的基础。由于有了以上设计，学生基本都能探究出平行四边形法则，而且始终保持着求知的热情。但是由于时间限制，关于实验误差的分析没能展开。
播放曹冲称象录像
理解等效替代思想
出示生活图片
弹簧秤拉钩码实验
引出合力概念
小结
学生分组实验
理解矢量合成与标量的不同
体验探究过程，得出规律