3.3 力的等效和替换-教案

基于“情景任务”教学，培养物理学科素养
—— 高一“力的等效和替换”教学设计







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粤教版高中物理必修1 第三章第三节 高一年级 40 min
一、教学思想本节课以学生熟悉的“实例情景”和“实验探究”两种教学手段为抓手，将物理学科的核心理念（力的等效与替代）融入教学。让学生经历、观察、分析、叙述“力的等效与替代”的事例；引导学生联系学习生活事例，加深“等效与替代”的思维处理方法的迁移；掌握“力的等效与替代”的科学思维处理方法，并能应用解决“力的合成与分解” 等效与替代问题；通过“寻找等效力”实验，培养学生观察、分析能力和合作精神，及开发学生猜想探究创新思维能力；
二、教学分析(1) 教材分析矢量的运算法则是高中物理知识的一大难点。教材从力的三要素切入，通过复习知识的过程中引出力的图示，让学生理解力的图示和示意图的区别，让学生用科学的表示法表示一个力，为本节的探究提供方法性的依据；然后从生活中的等效的概念以及历史史实让学生理解等效与替代的概念；继而让学生在自主探究过程中去发现力的合成与分解的关系，为下一节明确力的平行四边形法则做准备。 (2) 学情分析在前面的学习中，学生已基本掌握了力的特征，但对力的图示还未牢固掌握，特别是标度的选择，因此要在复习提问中加以强调。高一学生虽了解很多“力的等效与替代”的生活实例，但等效与替代的思想学生只停留在感情认识阶段，应引导学生联系学习生活事例，加深“等效与替代”的思维处理方法的迁移，掌握“力的等效与替代”的科学思维处理方法，并能应用解决“力的合成与分解” 等效与替代问题。
三、教学目标1、知识与技能：（1）熟识“力的图示”及“力的示意图”作图法；（2）理解“合力与分力”的概念；（3）理解“力的合成和分解”概念；（4）了解“平行四边形定则”。2、过程与方法：（1）经历、观察、分析、叙述“力的等效与替代”的事例；（2）引导学生联系学习生活事例，加深“等效与替代”的思维处理方法的迁移；掌握“力的等效与替代”的科学思维处理方法，并能应用解决“力的合成与分解” 等效与替代问题；（3）通过“寻找等效力”实验，培养学生观察、分析能力和合作精神，及开发学生猜想探究创新思维能力；（4）学会用数学工具解决物理问题的能力。3、情感态度和价值观：（1）体会知识加深的成功感；（2）感悟“力的等效与替代”的科学思维的求知，体验“寻找力的等效”实验合作的猜想探究过程的乐趣；（3）培养学生对生活实例现象分析，归纳物理规律、实事求是的科学探索精神；（4）由“等效与替代”的思想，渗透“对立统一”的辩证观点。
四、教学重点、难点(1) 教学重点：１、“力的等效与替代”的科学思维的认识与理解；　　 ２、“寻找等效力”的实验与猜想探究。 (2) 教学难点：探究“平行四边形定则”的实验与猜想。
五、教学方法设计启发引导法、实例情景分析法、实验探究法
六、教学过程
课题：力的等效和替代
教学过程 教学环节和教学内容 老师活动 学生活动 设计意图
【导入】问题：1：影响力的作用效果的要素是什么？2可用什么方法表示？ 力的三要素：大小、方向、作用点2力的图示。 复习力的三要素、力的图示，为后面做铺垫。
一：力的图示【投影】练习1：画出静止在水平桌面上书本的受到力的示意图和图示。（已知m=0.5㎏，g=10N/kg） 【引导学生】 自己归纳“力的图示”作图基本步骤：1、明确受力对象，并进行受力分析；2、明确所画力的作用点和方向；3、选择恰当的标度（一般力的大小是标度的2~5倍）4、作图：沿力的方向画出力的大小线段；5、标上箭头表示力的方向。 两名学生画出：1：力的示意图 N=5N 书本 G=5N2：力的图示 N=5N G=5N 规范力的图示的画法为后面实验探究打基础。
【学生演示小实验过渡】:1、三位学生上讲台：（1）让一位学生甲单独提起一桶水；（2）让另两位学生乙和丙一起共同提起同一桶水。2、启发思维：学生甲施加的力和学生乙、丙施加的两个力共同作用的效果是否相同？ 教师引导 1三位学生演示2学生：相同，都能提起一桶水。 贴近学生生活的小实验引入课题，激发学生学习兴趣
【新课教学】：二、力的等效【学生】阅读课本P56 ：找出书中“力的等效”事例 教师引导 1、图3-3-3中：马德堡半球实验事例；2、图3-3-4中：一个大人与两个小孩，分别提起同一桶水事例；
【学生】分小组做图3-3-5中小实验：用一把弹簧秤和用两把弹簧秤一起 分别拉同一橡皮筋伸长了同一长度的事例。 教师指导实验 【学生】：进行实验操作
【问题2】：叙述三个“等效”事例 教师引导 【学生】：归纳总结：图3-3-3：8匹马施加的8个力共同作用效果←等效→1 头大象施加的1个力F作用效果；图3-3-4：2个小孩施加的２个力F1、F2共同作用效果←等效→1个大人施加的1个力F作用效果；图3-3-5：2把弹簧秤施加的２个拉力F1、F2共同作用效果←等效→1把弹簧秤施加的1个力F作用效果 深化等效思想
【问题过渡】：既然F与F1、F2共同作用效果等效，那么力F与F1、F2能否相互替换？三、力的替代 教师引导 【学生】：能1、图3-3-3：8匹马施加的8个力共同作用效果←替换→1 头大象施加的1个力F作用效果；图3-3-4：2个小孩施加的２个力F1、F2共同作用效果←替换→1个大人施加的1个力F作用效果；图3-3-5：2把弹簧秤施加的２个拉力F1、F2共同作用效果←替换→1把弹簧秤施加的1个力F作用效果 深化替代思想
四、引入概念：（1）合力与分力（2）力的合成与分解 【引导学生归纳】：由“力的等效与替代”思维方法，得出“合力与分力”和“力的合成与分解”的概念。 【学生】：1、合力与分力：在上几个事例中，一个力产生的作用效果和几个力共同产生的作用效果相同，这个力就叫做哪几个力的合力，哪几个力称为这个力的分力。2、力的合成与分解：求几个力的合力叫做力的合成，求一个力的几个分力叫做力的分解。 从事例中提炼概念
对图3-3-3、图3-3-4图3-3-5归纳总结 讨论与交流：生活中还有其它类似的例子吗？ 通过事例理解几个概念
【问题过渡】：若合力F与两分力F1 、F2的作用效果等效可替代，那么F与两分力F1 、F2的大小、方向关系如何呢？五、寻找等效力 【学生】：猜想（1）合力总大于分力 （2）合力就是两个分力的数值之和（3）合力大小比两个分力的数值之和小些的某个值 激发学生思考，猜测，激发学生学习兴趣
【探究实验】：设计实验，正式猜想利用每张实验台上备有实验仪器，设计你的实验方案 引导：利用电脑展示，结合学生的设计进行归纳说明【教师引导】：实验中，必须使两次力的作用效果相同：橡皮筋拉长到同一位置O。 学生讨论、交流，利用备有的实验仪器进行设计，说明实验步骤：1、先用两个力F1 、F2 作用在一物体同一点上，产生一定的作用效果：如把橡筋一端固定，拉另一端到某一点O。2、再用一个力F作用在同一物体的同一点上，产生与第一次两力F1 、F2 共同作用的效果相同，即把橡皮筋拉到同一点O；画出F1 、F2 和F的力的图示，就能研究F与F1 、F2 的关系。 锻炼学生设计实验能力
【实验与探究】：学生进行实验，教师巡视并加以指导，及时发现问题 【投影】 实验具体步骤：1、用两根细绳系着橡皮筋的一端，橡皮筋的另一端固定在仪器顶端的小钉上，调节器材上的两个滑轮的距离，使之便于操作。2参考课本图3-3-6 ，分别在细绳下悬挂钩码若干，并把细绳置于滑轮上（注意使橡皮筋、细绳在同一竖直平面上），记录两绳上悬挂钩码的数量和两绳与纸边的交点C、D3皮筋伸长且稳定后把印有同心圆的纸置于橡皮筋与细绳的后面，并使同心圆的圆心O和橡皮筋与细绳的结点重合，并用图钉固定纸片。4、参考课本图3-3-7 ，卸去钩码，直接用一个弹簧秤拉细绳（注意使橡皮筋、细绳、弹簧秤在同一竖直平面上），使结点也伸长至圆心O处，记录弹簧秤的读数和绳与纸边的交点J。5、参考课本图3-3-8取下纸片，作射线OC、OD、OJ，并用力的图示法作出三个力F1 、F2 和F 。 【学生合作演实验】：1根据实验步骤具体操作实验；1注意实验关键步骤（1）移动画有同心圆的纸张，令圆心与O点重合；（2）调节弹簧秤的拉力和方向，使橡皮筋的结点两次伸长O。3、教师引导学生观察、分析F1、F2和F的图示关系。
【教师提问】：从刚才的实验中同学能总结出F与F1 、F2 的关系吗？ 【学生】：合力F不能简单地用F = F1 + F2 的代数和表示。 检验设想，使学生学会如何用实验去探索规律
【引导学生】从几何关系分析、猜想：有向线段OJ好象是以有向OC、OD为邻边所做的平行四边形的对角线，怎样可证明这一猜想？ 【学生】：利用三角板以OC、OD为邻边做平行四边形ODJ / D，作出其对角线OJ / ，观察OJ / 与OJ是否重合。
【引导学生】：按上述方法做图和所做图猜想归纳总结 通过作图看出：对角线OJ / 与合力OJ都很接近，阐明了求两个共点力F1 、F2 的合力F时，可分别以F1 、F2的力的图示为邻边做平行四边形，这两个邻边之间的对角线就是合力的大小和方向——这就是平行四边形定则。
【提出问题讨论】：实验中做出的对角线OJ / 与OJ为什么不完全重合？【教师】：为了揭示事物的本质和规律，今后我们在做实验时一定要细致、认真、协作，从而减少实验的误差。 【学生】：由于实验误差而产生的。
小结： 【投影小结】 本节学习的主要知识和技能：1、力的图示；2、“力的等效与替代”的认识与掌握；3、“合力与分力”概念；4、探究矢量合成的规则：平行四边形定则； 学生自己归纳、总结
教学监控 【布置作业】：课本P59练习（2） 总结 思考 巩固所学知识
七、板书设计一：力的图示 二：力的等效 三：力的替代 四：几个概念合力与分力力的合成与分解 五：寻找等效力： 探究矢量合成的规则：平行四边形定则
九、教学效果评价1. 作业与访谈检测2. 设计四点量表进行量化测量
十、教学反思我将从以下两个方面进行教学反思：1. 教学目标达成2. 教学策略



3-3-4小实验过渡

力的等效
1、 组织学生阅读“力的等效”部分，并从中找出
“等效”例子；
2、学生分组做图3-3-5小实验；
3、学生叙述“等效”事例具体情况。

问题过渡

力的替代
1、学生叙述“力的等效”三事例中的“替代”处理情况；
2、学生根据“力的等效”归纳出“合力与分力”概念；
3、学生根据“力的替代”科学思维处理方法领会并将其应用到“力的合成与分解”处理中去。

问题过渡

寻找等效力
1、学生对过渡问题进行猜想讨论；
2、学生叙述讨论结果——探索实验研究方案；
3、教师引导学生合作演示实验；
4、学生对实验结果猜想，归纳“合力与分力”的关系规律：——符合“平行四边形定则”。