3.4 力的合成和分解 教学设计（表格式）

人教版（2019）必修第一册 第三章 相互作用——力
3.4《力的合成和分解》
〖教学内容分析〗
本节为人教版物理必修第一册第三章相互作用——力的第4节，力的合成和分解，本节研究的是力的等效替代关系，通过实验探究，得出力的平行四边形定则。新教材将“力的合成”和“力的分解”整合成“力的合成和分解”，突出“相互作用”主题线索的物理核心概念和规律，注重物理内容的完整性和基础性；突出“科学思维”的逻辑性和完整性，关注“等效”思想方法的体验；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，本节内容为对今后牛顿运动定律、平衡问题、动量与能量等问题的理解和应用都会产生重要影响，因此，这节内容在整个高中物理中占据着非常重要的地位。
本节内容设计安排为2个课时，第 1课时需完成合力与分力概念及其等效替代关系等物理观念的深度建构，分小组经历两个互成角度的力的合成规律的科学探究过程。第 2课时再完成力的合成和分解规律的深入理解和实践应用。
〖学情分析〗
本节教学设计面向高一学生，他们在初中物理中，学习了同一直线上力的合成。“代数算术法则”这个前概念对本节“平行四边形定则”等物理观念的建构产生负迁移。同时，学生在第一章初步接触过位移矢量合成，也为本节课学习矢量运算法则奠定基础，起到正迁移的作用。
〖教学目标与核心素养〗
1、物理概念：理解合力和分力的概念，初步体会等效替代的思想；理解力的分解是力的合成的逆运算；掌握平行四边形定则，会用平行四边形定则求合力，会用平行四边定则求分力。
2、科学思维：利用等效替代思想理解合力与分力的关系。学会将生活中的实例简化为物理模型。会利用力的图示或三角函数知识求解合力。
3、科学探究：通过实验探究互成角度的分力与合力关系方案的设计与实施，初步认识科学探究的意义和基本过程，并进行初步的探究。
4、科学态度与责任：通过亲历实验探究过程，领会科学探究中严谨、务实的精神和态度；培养学生交流合作精神。利用滇缅公路24道湾与港珠澳大桥历史的讲述激发学生的爱国主义情怀和民族自豪感，最后，每种模型都会联系生活实际，逐步培养学生物理来源于生活又终将运用于生活的科学情怀。
〖教学重难点〗
教学重点：
1、深度建构合力与分力的概念及其等效替代关系
2、探究两个互成角度的力的合成规律
教学难点：
平行四边形定则规律的探究过程
〖教学方法〗
1、实验法（学生分组实验）
2、谈话法
讲授法
〖教学准备〗
希沃白板、PPT演示文稿
教具：箱子、绳子、夹子、弹簧、吸盘、钩码、铁架台、细绳、测力计。
学具：两个数字测力计、以及细线，木板、白纸、图钉、带细绳套的橡皮筋、两个刻度尺、量角器、铅笔。
〖教学过程设计〗
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
创设情境 引入新课 模拟生活中晾衣服的情景，将箱子也晾起来，让学生对箱子进行受力分析。 通过几组图片展示，引出共点力的概念：几个力如果都作用在物体的同一点上，或者它们的延长线相交于同一点上，这几个力叫做共点力。 对箱子进行受力分析。 活跃课堂气氛的同时，也复习了上节课的知识，顺势引出共点力的概念。
教学环节 教师活动 学生活动 设计意图
活动1 合力与分力的概念及关系。 【情景1】两根绳子吊起箱子与一根绳子吊起箱子，使其处于静止状态，通过引导让学生体会：一个力的作用效果可以与两个力的作用效果相同，能相互替代。 【情景2】观察拉伸弹簧情景，一个力和两个力的作用效果都是使弹簧发生形变,二者作用效果是否相同？能否相互替代？ 引导学生得出合力与分力的概念：一个力作用的效果跟几个力共同作用的效果相同，这个力叫做那几个力的合力，那几个力叫做这个力的分力。 通过引导学生分析已学过的几个实例：曹冲称象、测量不规则固体体积。让学生进一步理解等效替代的 方法。 以操场上多根绳子拉大红花的问题，大红花往哪运动？引导学生找到简化问题的方法——用一个力代替这五个力，引出力的合成的概念：已知分力求合力的过程叫作力的合成。 观察，思考 理解 思考并回答教师的提问。 通过观察引导使学生理解合力与分力之间是由于效果相同，所以才可以等效替代，情景一二的示范也为后续学生设计实验方案启发了思路。 渗透科学风法的教育。 以问题情境为导向，润物细无声的引出下一步的探究内容。
探究活动2 小实验：当两个分力方向互成角度时，合力大小是否等于两分力大小之和？ 先通过提问带着学生回顾初中所学的知识：方向在同一直线上的几个力的合成运算：直接加减。 引入问题情境：当两个分力方向互成角度时，合力大小是否等于两分力大小之和？ 引导学生要通过实验来验证自己的猜想，那么，如何设计实验方案呢？引导学生从课堂开头的情境1、2这个思路出发。 为了保证合力与两个分力共同作用效果等效，要注意什么？ 为了保证合力与两个分力共同作用效果等效，要注意什么？ 请提出方案的两个同学上讲台进行操作，并由他们得出结论：当两个力方向互成角度时，合力大小不再等于两分力大小之和。 即 F≠F1+F2。 回答问题。 学生提出猜想：是或不是。 学生通过讨论后提出实验方案一：两个测力计互成角度吊钩码（教师引导其将玩偶换成钩码）,和一个测力计吊起钩码，比较两次的拉力关系。 使钩码处于静止状态。 学生提出方案二：测力计互成角度拉弹簧，一个测力计拉弹簧，比较两次的拉力关系。 两次要将弹簧拉至同一点。 两位同学上台操作，其他同学观察。 通过将书本的实验先进行简化，只判断当两个分力方向互成角度时，合力大小是否等于两分力大小之和？将实验设计的难度降低。在得出第一步结论之后，再顺理成章地要求学生设计合力与互成角度的两个分力之间关系的实验，就必须要记录方向了，将原实验进行了拆解，大大提高了学生实验的成功率。 并且通过小实验引起学生对原有运算法则的“不满意”，继而提高探究新的运算法则的积极性。
探究活动3 实验探究力的合成规律 引导提问1：从上面的小实验可看出合力大小不仅与分力大小有关，还和方向有关，那么如何记录力的方向即细线方向？ 引导提问2：在记录方向的过程中遇到什么困难？ 引导提问3：可以如何改进呢？ 引导提问4：得到三个力的大小及方向之后，如何作图精确地表示出合力与分力的大小及方向？ 简单地讲解如何作力的图示。 任务：分组实验，收集证据 为了避免实验结论的偶然性，教师建议五个小组取不同的夹角（两组锐角，两组钝角，一组直角）分组进行实验，记录并观察分力和合力的图示。 教师巡回指导，及时帮助学生纠正错误，适时的引导点拨，提醒学生一些注意事项，引导学生做好数据记录，提示学生思考分力和合力的图示之间有什么关系？ 任务：分析论证，得出结论 教师通过拍摄大量的学生实验结果图片投屏到屏幕上，让学生分析其中的共性。提醒学生将三个箭头连接起来观察。如果一个组得出像平行四边形可能是偶然，但多组分别实验得出同一个结果则说明力的合成与平行四边形有着某种必然联系。 它真的是平行四边形吗？如何验证？ 学生跟随教师的思路共同分析，以两个分力的有向线段为邻边画出平行四边形（对如何作平行四边形进行适当讲解）的对角线与合力进行对比，并将实验结果再次拍照投屏。 师生共同得出结论：在两个力合成时，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。这个规律叫作平行四边形定则。 提问：对角线与合力有细小偏差的原因是什么？ 学生讨论，尝试提出解决方案，如将纸板贴近细线，用描点的方法记录力的方向。 吊起钩码的方案，在竖直面操作不方便，线离纸板较远使描点有较大误差。 而拉弹簧的方案可以在任意平面进行，但由于弹簧的厚度，使线离纸板也较远，描点有较大误差 学生讨论后回答：可将弹簧替换成橡皮筋：方案三。 学生回答：作力的图示。 学生分组进行实验。收集数据、作图并观察。 通过观察自己以及分享别的组的的实验图，对合力与分力的关系提出猜想。 再次作图，比较对角线与所作合力的大小、方向的关系。 通过大量实验数据共同得出结论。 学生讨论会回答：读数、摩擦力、描点、两次拉的结点有偏差、作图、选取的标度不合适等等...... 让学生亲历科学探究的完整过程。领会科学探究中严谨、务实的精神和态度；培养学生交流合作精神。
活动4 活学活用 以何梓豪射箭的情景作为例题，先介绍何梓豪，东京残奥会，两枚射箭类金牌。 例1：射箭时，若刚释放的瞬间，弓弦的拉力F1、F2均为100N，弓弦的夹角为 90°，如图所示，求此时弓弦对箭产生的合力大小和方向。 鼓励学生用多种方法解答。 例2：由大红花往哪动？引出多个力的合成方法：逐次合成法。 聆听、思考、作答。 作答 巩固平行四边形定则的同时，培养学生遇到挫折不能放弃的精神
课堂小结 一些概念：共点力、合力、分力、力的合成 2、一种方法：等效替代 3、一个定则：平行四边形定则 4、一次体验：科学探究的过程：提出问题、猜想与假设、制定计划与设计实验/进行试验收集证据、分析论证、评估、交流与合作 5、一些感悟
作业布置 1、完成课后习题1、2、3题 2、查询有关港珠澳大桥的信息，了解为何其被誉为“世界七大奇迹之一”，以及其采用的斜拉式钢索设计中所蕴含的物理知识。 ——既复习本节物理知识，又激发了同学们的爱国主义情怀和民族自豪感。
〖板书设计〗3.4 力的合成与分解
一、共点力
二、分力 等效替代 合力
力的合成
三、平行四边形定则
〖教学反思〗
本节课是老师演示、学生活动和学生分组探究三方面一起完成的一堂物理教学，其中学生的分组探究为教学的主体。教学方法与教学形式多样化，教学手段与策略多样性，在教学过程中采用提出问题、启发诱导、合作探究、自主探究的教学模式，较为成功的展示出课程改革理念下的实验探究课堂的教学模式特点。通过分组探究提高了学生动手、动脑、合作、交流的能力与团结协作的精神，增强了学生探究和创新的能力，深化了科学思维。在以核心素养为课程目标的背景下，本节课从物理观念，科学思维，科学探究，科学态度与责任等 4个方面细化并落实了教学目标。