（沪科版必修1）物理：4.1《怎样求合力》教案（1）

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怎样求合力
一、教学任务分析
力的合成是在学习了生活中常见的力之后，从等效的角度对两个力作用效果所遵循规律的深入探究。力的合成是解决力学问题的一个重要方法，是以后学习牛顿运动定律的基础之一，也是中学阶段其他矢量运算的基础。力的合成是本章教学的重点。
学习本节内容需要的知识有：力的矢量性、力的三要素、力的图示和等效的思想方法。
从教材“泗水拔鼎”故事情景入手，让学生通过模拟“拔鼎”（即提杠铃片）的游戏提出问题，感悟等效思想，建立“共点力”、“合力与分力”、“合成与分解”等概念。
在学生亲身体验的基础上，教师用DIS实验演示，为学生进一步的探究搭建一个台阶，再引导学生通过实验探究，归纳出平行四边形定则。
通过学生制作平行四边形模型，探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识，完成对“泗水拔鼎”等实际问题的解释。
本设计强调学生的参与和亲身体验，在学习过程中感受等效等思想方法，通过对简单实际问题的研究，知道力的合成在实际中的应用，从而自觉联系生活、生产和科技实际，激发求知欲望和研究周围事物的兴趣。21世纪教育网
二、教学目标
1、知识和技能
（1）知道合力与分力。
（2）知道共点力，理解共点力的合成。
（3）会用平行四边形定则求共点力的合力。
（4）会用计算法求相互垂直二力的合力。
2、过程和方法
（1）通过模拟“泗水拔鼎”情景，用一个力等效地替代两个力，在建立合力与分力，力的合成与分解等概念的过程中，感受等效替代这一物理方法。
（2）通过DIS实验演示，猜想互成角度二力合成的规律，再利用学生实验探索研究，最终获得力合成的平行四边形定则的过程，认识探究物理规律的基本环节：猜想→实验→结论。
（3）通过学生自制平行四边形模型的过程，感受物理实验在解决具体问题中的作用。
3、情感、态度和价值观
（1）通过参与“泗水拔鼎”活动，提高兴趣，感悟生活中处处有物理，激发探究的兴趣和学习的热情。
（2）通过小组协作完成实验探究和实验结果的分析与互评，激发团队协作精神和实事求是的科学态度。
三、教学重点和难点
探究并理解力的平行四边形定则。
四、学习资源
1、学生实验器材 (每两人一套，共26套):。
（1）画图板、橡皮筋、弹簧秤(2个)、三角尺、白纸、绳套、铅笔。（装置参考教材例图）
（2）拴两根线的200g钩码。
（3）自制平行四边形模型（如图1）。5条塑料片、4对小螺丝、螺帽。（材料可有学生自备，参考教材例图）
2、演示实验器材
（1）30kg的杠铃片和两根长绳。
（2）DIS实验装置（如图2）：数据采集器、两个力传感器固定在力合成演示仪上、钩码；
3、自制powerpoint幻灯片
五、教学设计思路
本设计包括共点力和力的合成两部分内容。
本设计的基本思路是：借境激疑→实验探究→实际运用。即借“泗水拔鼎”故事之景，建立共点力的概念，引出等效概念和力的合成问题；通过DIS实验演示和学生实验探究，归纳得出平行四边形定则；通过学生制作平行四边形模型深化对力的合成的理解。
本设计要突出的重点和要突破难点是：探究并理解力的平行四边形定则。方法是：借“泗水拔鼎”故事之景，让学生通过模拟“拔鼎”（即提杠铃片）的游戏，提出“共点力”、“合力和分力”、“力的合成与分解”的概念，感悟等效思想；通过用DIS实验演示相互垂直的二力合成，并提供多组数据为学生的猜想提供帮助；进而引导学生通过实验探究，归纳得出平行四边形定则，从而突出重点，并突破难点。
本设计强调学生自主探究和亲身感受，重视概念、规律的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育，重视学生合作意识、团队协作精神和实事求是的科学态度的培养。
完成本设计的内容约需2课时。
六、教学流程
1、教学流程图
[来源:21世纪教育网]
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2、教学流程说明
活动Ⅰ 模拟“拔鼎”
模拟“泗水拔鼎”的让多组学生参与提杠铃片，引起对“泗水拔鼎”失败原因的思考，不同的人提起杠铃片的效果是相同的，提出“共点力”、“合力和分力”、“力的合成与分解”的概念。
问题Ⅰ 设问
在肯定提起杠铃片的效果相同的同时，观察不同组别在提杠铃片时的差异，设问：合力与互成角度的两个分力间有什么关系？
情景Ⅰ DIS演示实验
在学生亲身体验的基础上，直接猜想两共点分力与合力的关系，对学生来说难度很大。为此教师用DIS实验，演示相互垂直的二力合成，提供多组数据为学生的猜想提供帮助，为进一步的探究铺设台阶。
活动Ⅱ 学生实验
在猜想的基础上，通过学生实验进一步探究，加以验证，最后归纳得出平行四边形定则。
活动Ⅲ 分析、解释
完成对本节课开始的疑问“泗水拔鼎”等实际问题的解释，并通过练习初步会用图示法和计算法求合力。
活动Ⅳ 自制模型
通过学生自制平行四边形模型，探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识，此部分可根据实际情况，加以调控。若时间紧张可作为作业，在课后进行。
3、教学主要环节 本设计可分为三个主要的教学环节：
第一环节，情景导入，借境激疑。从教材“泗水拔鼎”故事情景入手，让学生在模拟“拔鼎”（即提杠铃片）的游戏提出问题，感悟等效思想，弄清“合力和分力”、“合成与分解”概念。
第二环节，实验探究，寻求规律。在学生亲身体验的基础上，用实验的方法探究两个共点的分力与合力的关系。教师通过DIS实验演示，为学生进一步的探究搭建一个台阶，再引导学生通过实验探究寻求结论。
第三环节，自主活动，运用规律。让学生制作平行四边形模型，进而探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识，完成对“泗水拔鼎”等实际问题的解释。
七、教案示例
（一）情景导入，借境激疑
情景 用powerpoint幻灯片显示汉代石刻画像“泗水拔鼎”情景，配《水经注 泗水》文字记载。疑问：拔鼎真的如此困难吗？
耳听为虚，眼见为实，请同学们自己来试一试！模拟“泗水拔鼎”情景：在中间走廊里放一只大水桶，桶中放着一个30千克的杠铃片，将其系在一根长长的绳子中间，地上事先画出两条红线代表河岸。
学生活动
(1)请两个子较大的男生自告奋勇，站在红线外费很大劲没有拉起杠铃片(力图示见图一)，成功模拟了“泗水拔鼎”情景，“为什么拔不起来呢？”的疑问会在同学们心中产生。真的没有办法提起来吗？
（2）再请两位女同学也来试试。鼓励女同学勇敢上来接受挑战，提醒并允许她们站到河中试试，她们缩短绳子提起杠铃片(力图示见图二)，同学们都为她俩叫好。
（3）要想一个人提起杠铃片行吗 再请第一次上来过的一个男同学将杠铃片竖直向上提起(力图示见图三)。
（powerpoint幻灯片显示三次“拔鼎”的力的图示）
观察了三组同学“拔鼎”过程，每位同学也可模拟上述三图情景拉桌上钩码进一步加以体验，每位同学不断变换两拉力的夹角，用手指感觉力的大小。
经过这一系列活动后，提示同学注意：上述“拔鼎”的两个力虽然没有作用于杠铃片上的同一点，但它们的作用线却相交于同一点。物理学中称
板书 作用于物体上的同一点，或者力的作用线可以交于一点的力称为共点力
教师接着问同学还有什么想法和问题？
同学们相互交流感受与想法：一个力可以产生与两个力共同作用时一样的效果。
引入课题：其实很多情况下，存在几个力同时作用在一个物体上的情况，我们很想了解怎样用一个力等效地替代这些力共同作用的效果，物理上称这一过程为“力的合成”。
板书 力的合成
两个力拉杠铃片可用一个力拉来21世纪教育网
替代，因为它们作用效果相同。
powerpoint幻灯片显示（如图四所示）。
板书 1．合力与分力
powerpoint幻灯片显示小结：几个力的作用效果与一个力的作用效果相同，这一个力就等效为那几个力的合力，那几个力就可看作这一个力的分力。
提问：若用两个弹簧秤拉画图板上橡皮筋，如何用一个弹簧秤完成等效替代 请同学们边做边寻找答案。
学生活动：两个学生做一套实验，有许多组配合好，一同学拉两弹簧秤，另一同学就记下橡皮筋结点所到位置，而后用一弹簧秤将橡皮筋拉到该位置来等效替代。也有许多组不知如何等效替代，在教师辅导下完成。
强调合力与分力作用的等效性，若作用效果不一样不能盲目替代。
板书 2．力的合成与分解
powerpoint幻灯片我们把求几个力的合力的方法叫做力的合成，而把一个力分解成几个分力的方法叫做力的分解。
（二）实验探究，寻求规律
两个共点的分力与合力之间有什么样的关系呢 （可结合“泗水拔鼎”的模拟过程和前面学生的提出的问题，提出此问题）
板书 3．研究共点的两力与合力的关系
请同学们在画图板上用弹簧秤拉橡皮筋，观察合力与分力的关系，提出你们的猜想和实验验证的方法。两人一组，相互配合用弹簧秤拉橡皮筋，大多学生都记下合力大小及不同组分力的大小在比较研究，大多猜想集中在分力之和大于合力等力的数值关系；也有提出分力夹角越大，合力越小的定性结论。
请大家看DIS实验演示，从数据中是否有所启发 21世纪教育网
DIS实验演示：挂同一重物，改变两个分力的方向，但保持两分力夹角为90度，记录几组两分力大小的数据，发现两分力的平方和不变，引导学生猜想分力与合力的关系。
学生猜想：从数据看好像满足勾股定理。
教师提示：请大家注意力是矢量，不仅有大小还有方向性，我们可以用力的图示来表示力的大小和方向，下面画出合力与分力的图图示，感觉一下看看有没有新的发现。
教师板书演作图过程，学生一起动手作力的图示，寻找力的合成的规律。
部分学生提出：合力好像是以两个分力作平行四边形后的对角线。（有此猜想的学生只是一部分。）
下面我们就用桌上器材再做实验，画出两个分力与合力的图示，找找看是否真有这样的关系。
学生实验：学生利用实验桌上的器材进行实验(约10分钟)。
powerpoint幻灯片显示实验步骤，并强调分力与合力间的等效性。在班中巡视，进行个别辅导和答疑，选择具有代表性的投影出来全班交流评价：
(1)对角线与合力相差不大的，受到大家认同。
(2)对角线与合力偏离较大，大家一起找原因。
(3)对角线与合力完全重合的，大家提出质疑，当场发现有问题，严谨的科学态度受到认同；
学生找到规律，总结出力的平行四边形定则
板书 4.平行四边形定则
powerpoint幻灯片平行四边形定则：如果用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么合力F的大小和方向就可以用F1，F2所夹的对角线来表示。
（三）自主活动，运用规律
（1）对“泗水拔鼎”问题进行解释。
(2) 共同完成P52训练与应用中的第（2）、（4），初步会用图示法和计算法求合力。
自主活动：两人一组合作，用桌上的胶木片、螺丝、螺帽制作一个平行四边形模型，并运用平行四边形模型感悟：分力间夹角从0度——180度变化时，合力的方向和大小的改变。
学生在制作和研究平行四边形模型过程中结束本课学习。继续制作平行四边形演示仪，标上刻度，体会分力与合力均关系。
（四）作业布置，巩固提高
（1）请大家分组讨论当分力大小一定时，随分力间夹角变化合力大小的变化关系，并找出合力的范围。
（2）完成适量训练与应用题，并思考求解合力各种方法的优劣？
活动Ⅳ
自制
模型
活动III
分析
解释
平行四边形定则
合力范围
求
合力
情景I
DIS演示
实验
活动I
模拟
“拔鼎”
合力
分力
活动II
学生
实验
等效
替代
合成分解
问题I
设问
共点力
F1
F2
图一
F
图三
F1
F2
图二
F2
F1
F
等效替代
图四
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