高中物理人教版第三章相互作用4力的合成 《力的合成》教学设计

《力的合成》教学设计济宁市实验中学李海滨一、学生学习情况及学习任务分析“力的合成”是人民教育出版社普通高中课程标准实验教科书（以下简称“人教版”）《物理》必修1第三章第四节，把实验探究求合力方法的过程作为本节课的重点内容，要求学生在学习重力、弹力、摩擦力等矢量的基础上，进一步探究矢量的运算方法。高一学生刚接触矢量，对矢量的运算没有任何感性认识，没有任何生活经验可供借鉴，他们习惯的是仅有大小没有方向如质量、体积等物理量之间的代数运算。所谓“万事开头难”，力的合成法则对高一学生来说是一个难关，而一旦过了这个坎，则是学生认识上的一次质的飞跃。意识到学生在这一问题上的巨大困难，一种简单易行的教学方法是分散教学难点，先教给学生力的合成法则，再让学生在实验验证和反复运用中逐步深化对力的合成法则的理解。但对照新课程理念对高中物理教学的要求，这样的处理又显然不是最佳的选择。一则，以提高学生科学素养为核心的新的教学理念把学生探究活动的过程、方法以及经历探究活动过程中的体验作为课程目标之一，正是像力的合成这样对学生来说全新的知识，学生在探究活动过程中的体验才更加真实而深刻，其效果远非那种目标和路线都明摆着的形式化的探究活动可比。二则，正因为学生对矢量运算是完全陌生的，放慢教学过程，让学生在探究过程中获得切身体验，也有利于学生更深刻的理解矢量的合成法则。三则，从知识上说，学生在前面已经学过运动学，对运动学中的矢量，如位移速度等，在生活中还是有一定的感性认识的，尤其是对两段位移总位移的讨论，形象直观，对力的平行四边形法则有一定的启示；从方法和习惯上来说，随着新课程的实施和推进，学生对于科学探究尤其是实验探究已经积累了一定的体验和认识，也勇于发表自己的看法，良好的学习习惯和课堂氛围也为学生自主探究力的合成法则提供了保障。综上所述，本节课的教学目标可确定为：三维目标1．知识与技能①理解合力、分力的概念，通过实验理解力的合成，并理解等效替代的思想方法；②实验探究力的合成的规律，并知道平行四边形定则。2．过程与方法①能够通过实验演示归纳出互成角度的两个共点力的合成遵循平行四边形定则；②培养学生动手操作能力。3．情感态度与价值观①在实验的过程中，掌握正确的方法，结果要符合实验数据；②培养学生实事求是的求实精神；③培养学生的物理思维能力和科学研究的态度。教学重点难点分析本节课的教学重点是实验探究力的合成的规律。设计实验，利用实验得到合力与分力的大小和方向，猜想它们之间所遵循的运算规律则是本节课的教学难点。考虑到学生的实际困难，教师设置好引导学生步步深入进行探究的情景和问题，适时、适度地参与学生的探究活动则显得尤为重要。二、课堂教学设计理念与教学思路为了让学生更好地体验科学探究的方法和过程，发展自主学习能力，培养良好的思维品质，本节课的教学采用如下教学流程：小实验创设情境一提出问题一设计方案一分组实验一引导启发猜想一实验验证一得出结论。教学过程中注重教师的“导”和“参与”，适时、适度地参与学生的探究活动，淡化教师的“教”；注重学生对知识的自主学习与自我构建，强化小组学习与小组交流，淡化机械训练，摒弃灌输式教学；在师生互动、互助的氛围中达到学习的目的。三、教学准备一桶水，用来创设一个学生感兴趣的力的等效替代的情景。人教版新课标教材上的探究实验只能提供一组特殊数据，对于学生体验探究力的合成法则是远远不够的，这里把实验改成先用弹簧秤和重锤初步研究合力与分力的关系做铺垫，再用橡皮条和弹簧秤在白纸上研究力的合成法则（即原教材中验证力的平行四边形定则的学生实验）。学生每4人一组下列器材：方木板、白纸、弹簧秤（两个）、橡皮条、细绳两条、三角板、刻度尺、图钉（几个）、带有绳套的重锤（约300g）、平行四边形定则教具四、教学过程1．小实验设置情景，渗透科学方法两个同学互成角度地施加拉力共同提一桶水，使水桶悬空静止；一位同学单独提这桶水，也可以使水桶悬空静止，从实验中有什么发现？分析两种情况下水桶的受力情况并画出力的示意图如图1、2所示，F与F1、F2是什么关系？引出力的等效替代关系，得出合力与分力的概念。图1图2教学中渗透等效替代的思想方法，即分力与合力虽然不同时作用在物体上，但可以相互替代，能够相互替代的条件是分力与合力的作用效果相同，但不能同时考虑分力的作用又考虑合力的作用。2．分组实验，激发思考那么合力和分力之间遵循怎样的规律呢？具体的说，上面的例子里F与F1、F2的大小方向存在怎样的关系？猜想，并利用桌子上的实验器材，设计实验验证你的猜想。可能会有学生猜想F=F1+F2，实际上猜想不一定要正确，与实验证实相比，实验证伪更能反映科学研究活动的真实情况。可用小桶盛水模拟上面小实验中的水桶，两个弹簧秤可分别读出F与F1、F2的大小。事实上用一个弹簧秤称盛水小桶读数为一确定值，而用两个弹簧秤互成角度秤时的读数各不相同。猜想合力和分力之间遵循怎样的规律呢？由上述所测数据，能得出什么结论？看来分力F1、F2与合力F之间的运算关系不是简单的代数和运算，似乎还与分力F1、F2的方向有关，那么，如何探究它们之间的关系呢？首先我们要想办法把合力和分力的大小方向记录下来并方便地表达出来，怎样做呢?老师用两个弹簧秤测量对小水桶的拉力F与F1、F2，并引导学生找到表示力的方法、在黑板上做出两拉力的图示。3．设计方案，促进合作请同学们利用桌子上的实验器材，设计方案，探究分力与合力之间的运算法则。若提供的实验器材不能满足你的设计要求，可报告教师。每一小组在设计方案的过程中，思考以下几个问题：

(1)用什么方法找出分力F1、F2及合力F；(2)怎样使分力F1、F2的作用效果与合力F的作用效果相同？(3)实验过程中需要记录哪些实验数据？怎样可以直观简洁的同时描述力的大小和方向？各小组分别讨论，经互相补充和完善后，形成探究方案。经实验可得到F1、F2及F的图示如图3所示。图34．启发思考，民主互动观察图3中F1、F2及F的大小和方向，并猜想F1、F2之和与F之间可能遵守什么规律？部分同学的猜想可能不着边际，还有一部分同学感到问题棘手，不知道解决问题的突破口在哪里。此时，教师参与学生的猜想和讨论，可以以自言自语的方式给学生一些提示：“在学习平面几何时，可以利用添加辅助线的方法，重新构建几何图形，使得已知量和未知量之间建立联系。我们能否通过添加辅助线的方法构成一些简单图形如三角形、四边形等，使得F1、F2与F之间建立某种联系？”在老师的引导下，利用添加辅助线的方法，学生可能形成如下的探究方案：方案1：方案2：方案3：和方案2类似，用虚线连接F2和F的末端B、E，BOE就构成一个三角形，要想知道F1、F2和F之间的关系，则需确定BE与F1之间的联系或者确定AE与F2之间的联系。另外，有的小组将A、B相连，AOB构成一个三角形；有的将A、E相连，B、E相连，AOBE构成一个四边形等等。教师适当评价。请同学们认真观察一下四边形AOBE，并猜想四边形AOBE有什么特点？经观察、实验和分析，发现AOBE为近似平行四边形，于是猜想出合力与分力的关系所满足的平行四边形定则。为验证平行四边形定则，比较用平行四边形定则得到的合力与实际合力的误差。总结结论，用重锤在黑板上验证两个弹簧秤对小水桶的拉力的合力是否竖直。并用力的图示法求出合力大小，比较它与F的大小。5．延伸拓展，巩固提高用自制教具形象演示合力随分力的变化情景6．课后巩固练一练：作用在物体上的两个力，F1=10N，F2=2N。若它们之间的夹角可任意，那么它们的合力可能是（）想一想、动一动：（1）两个大小不变的力F1、F2，它们之间的夹角θ由00增大到1800的过程中，合力F的大小怎样变化？（2）实际生活中物体往往受到多个力，怎样求多个共点力的