力的合成教学设计---2011.7.30.doc

“力的合成”的教学设计
福建泉州师范学院 周榅宝
一、教学任务分析
本节教材选自司南版普通高中课程标准实验教科书《物理1》（必修）（山东科技出版社）第5章第1节。
本节内容是在前面学习力的图示，摩擦力等相关力学知识的基础上，学习力的合成。力的合成是解决力学的基础和工具，力的合成如果没有学好，在后续课的学习中，对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解和应用都会感到困难。如果力的合成的平行四边形法则掌握不好，后续课程中的有关物理量的合成就会出现困难。本节课运用等效替代的观点、来进行力的合成等内容的教学，因而培养学生建立等效替代的概念是很重要的。

二、 学生情况分析
在学习新知识前，教师必须了解学生的原有认知结构，这将有利于学生实现新旧知识的联系。在学习本节课前，学生已经有了一些力学部分的知识基础，然而要他们马上就接受力的平行四边形定则还是有困难的。
从思维能力来看，这一节要求学生在实验基础上,抽象出力的合成的本质。得出力的平行四边形定则，对学生抽象思维能力有较高要求，而高一学生的抽象思维能力水平还不是很高，这容易形成学习障碍。
【教学设计说明】教学任务分析与学生学习心理特点分析是教学设计的出发点。

三、 设计理念
新课标对高中物理教学明确要求，以提高学生的科学素养为核心，把学生活动的过程、方法以及经历活动过程中的体验作为课程标准之一。依据这种教学理念，为了让学生体验科学研究过程，了解科学研究方法，把力的合成规律这种全新的知识，让学生去研究，获得亲身感受，加深对矢量合成法则的理解。所以这节课主要是实验教学，让学生通过自己动脑、动手，猜想、实验研究找出合力与分力之间的关系，体会等效替代的思想和矢量合成的方法――平行四边形定则。在学生实验的过程中，倡导他们勇于发表自己的看法，大胆猜想，实验验证，从而锻炼学生的能力。
但是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以借鉴，以前有的只是对如质量、时间等标量的代数运算。所以对他们来说，研究力的合成定则是一个难题，教学过程中注重老师的“引导”、学生的“研究”，体现老师是主导、学生是主体的原则，淡化教师的“教”，加强小组间的学习、交流、讨论，让学生积极参与课堂活动，猜想、设计方案、探求规律，使学生始终处于积极探求知识的过程中。同时一方面尽量增加学生参与的机会，亲自体验实验过程，另一方面充分利用演示实验、多媒体等现代化的教学手段，提高整个课堂教学的效果。

四.教学目标
以现代教育理念为指导，结合上述教学任务，学生情况分析和设计理念，确定如下教学目标：
（一）．知识与技能：
1．理解合力、分力、力的合成、共点力的概念。
　　2．理解合力与分力的关系是作用效果上的等效替代。
　　3．掌握平行四边形定则的含义和使用方法，会用它求两个分力以及几个分力的合力。
　　4．通过平行四边形定则进一步理解合力与分力的大小关系。
（二）．过程与方法：
1．通过合力与分力概念的建立过程，体会物理学中常用的研究方法──等效替代法。
　　2．通过研究求互成角度的两个力合力方法的过程，向学生渗透科学研究的基本过程。
（三）．情感态度与价值观：
　 1．体会逻辑思维和实验相结合研究问题的巨大作用，并由此体会到科学研究的乐趣。
2．体会科学研究中与他人合作、交流的重要性和必要性。
【教学设计说明】所设计的教学目标体现了物理新课程的三维教学目标，并且目标是结合力的合成的具体内容设计的，避免了空洞的、千篇一律的目标。
五.教学重难点
（一）．教学重点：
1.合力与分力的关系。
2．得出平行四边形定则的实验过程。
3．平行四边形定则的应用。
（二）．教学难点：
 如何引导学生自己完成实验，并得出力的合成满足平行四边形定则这一结论。
六．教学媒体
多媒体与课件，实验器材：力的传感器，力的合成研究系统，计算机、网络、投影仪、教科书，细线，直尺、三角板和板书、板画等。

七. 教学流程图

八．教学过程设计：
教学事件 1 创设问题情境，激发探究动机，引导学生发现问题（1-2分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
由于这是本章的第一课，通过介绍一些自然奇观和我国的一些伟大建筑成就，它们都包涵了丰富的力的知识。通过这样来培养学生学习力学知识的兴趣和热爱亲近大自然，热爱祖国的感情。
展示PPT列举自然奇观：贵州的梵净山蘑菇石
列举我国建筑：山西的悬空寺
在教师引导，介绍下，在欣赏这些奇观的同时，进行思考。蘑菇石是如何形成的？悬空寺为何能屹立在崖壁上历经千年而不到？（1-2分钟）
【教学设计说明】通过介绍这些与物理知识密切相关的奇观，为学生创设真实的问题情境，萌发他们探索、发现新知识，求知的欲望。

教学事件 2 复习本节课要用到的相关物理知识，为下面的学习打下坚实的基础。（1-2分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
提问复习相关的物理知识，为新课的学习做好铺垫。
提问：
1.力的三要素是什么？
2．力的图示怎么画？（如F=2N）
学生通过思考和讨论给出正确的答案。
1． 力的三要素是大小，方向，作用点。
2． 学生回顾已学知识作出力的图示。
【教学设计说明】引导学生回忆已经学过的知识，为后续课程埋下伏笔的同时，也强调及时复习旧知识的重要性。

教学事件 3 导入新课　激发兴趣（1-2分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
新课的导入对于学生学习积极性的培养是很有帮助的。
有一首歌里说（老师播放音乐）一双筷子容易断，十双筷子断就难。
听完音乐后教师提问：这首歌里说的是集体的力量比个人大。真的是集体的力量一定比个人的力量大吗？可是小红说她可以拉动两个大力士，是真的吗？
对老师提出的问题表现出浓厚的兴趣和疑问。
【教学设计说明】新课的导入是一节课的开始，对于学生学习兴趣的调动是非常重要的，因而我们不能忽视。

教学事件4 介绍本节课的一些新概念（5-10分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
分析生活中挂在墙上电灯的受力情况的实例，从这一过程中培养学生运用已有知识解决实际问题的能力。
列举挂在墙上的电灯（对节点A进行受力分析），列举两个人提一袋行李的例子（每人各抓住一个角，力的作用点不在同一点上，但所施加的力的反向延长线会交于一点）引导学生思考，回忆相关知识。
在教师引导下，分析教师所列举的实例的特点，学生作出解答。
通过实例的分析得出共点力的概念。
对学生的分析作出评价，并引导学生得出规律，概括出共点力的概念。
观察、分析和归纳实例中拉力Ｆ１、Ｆ２拉力Ｆ3的特点，得出节点A受到这三个力的作用，他们的共同作用点在节点A上，对图三分析所施加的力的反向延长线会交于一点O。（像这样如果几个力同时作用在物体上的同一点或者他们的作用线相交于同一点，我们就把这几个力叫做共点力。）
运用形象的举例对比，通过类比的方法，培养学生概念延伸能力。
教师举例：一桶水可以几个人抬，也可以一个人提，也可在课堂上进行现场演示，让两个学生一起提一桶水，然后教师再自己提同样的一桶水，其效果一样，积极引导学生思考。
学生通过思考并在教师的引导下得出相应的结论---几个共点力共同作用所产生的效果可以用一个力来代替----等效替代法，我们把这个力叫做那几个力的合力。求几个力的合成叫做力的合成。
在以前所学知识的基础上，通过对比提出新问题，培养学生善于思考的能力，同时对他们的知识进一步深化。
教师帮助学生回忆以前的知识：我们从最简单的情况入手，请同学们回忆初中所学知识，说出求同一直线上两个力的合力的方法。
学生先进行回忆、讨论、回答，然后教师进行点拨、举例画图等。
同方向：合力的大小等于两分力大小之和，合力的方向与任意一个分力方向相同
　反方向：合力的大小等于两分力大小之差，合力的方向与较大的分力方向相同

在学生解决了同一直线上二力的合成后，引导学生思考，培养他们的发现问题的能力。
教师提出问题：求互成角度的两个分力的合力是否也是两个分力大小的相加或相减呢？请同学们和我一起利用我们的实验器材，进行实验研究。为了能够获知分力与合力的大小，Ｆ１、Ｆ２与Ｆ3都通过力的传感器钩住细绳套施加。
同学们表现出很强的求知欲，准备开始试验。
【教学设计说明】从生产生活中的实例入手，利用演示小实验创设物理情境，引入将要研究的课题。在实验观察的基础上归纳事物的共性，既帮助学生形成了初步的概念，又能够培养学生的观察、分析、归纳的能力

教学事件 5 设计实验方案（15-20分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
通过教师实验，也可叫学生参与，锻炼学生的操作技能。
介绍力的合成实验的装置，明确操作方法与步骤，在学生的参与下，一起进行实验。教师说明力的传感器、力的合成研究系统，多媒体等的作用；并强调一些注意事项，例如力的传感器要紧靠底盘并与底盘表面平行，这样所施加力的方向才会与底盘平行，必须记录弹簧与细绳套的结点到达的位置O，以使当两个力Ｆ１、Ｆ２同时作用和只有Ｆ3单独作用达到相同的效果。
　学生开始熟悉实验器材，
设计实验方案，这对学生的实验能力的培养是非常重要的。
大胆猜想；就学生提出的猜想，指导学生设计实验，进行验证研究。
积极参与，认真思考

实验步骤：
(1)组装好实验仪器，在底盘上铺上一张白纸．
　　(2)用图钉把橡皮筋的一端固定在底盘上的A点(A点的位置应该靠近顶端中点)，在橡皮筋的另外一端拴上两条细绳，细绳的另外一端是绳套．
　　(3)用力的传感器分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点达到某一位置O.
　　(4)用铅笔记下O的位置和两条细绳的方向，在大屏幕上显示两力Ｆ１、Ｆ２的大小．
　　(5)只用一个传感器，通过细绳把橡皮筋的结点拉到相同的位置O点，大屏幕上显示力Ｆ3的大小，记下细绳的方向．
(6)取下白纸贴在黑板上，定好标度，作出Ｆ１、Ｆ２、Ｆ3的图示。以Ｆ１、Ｆ２ 为邻边作平行四边形连接他们的对角线并与Ｆ3的图示进行比较。
　　(7)探究这三个力的大小及方向的关系．
　　实验注意事项：
1.在满足合力不超过传感器量程及橡皮筋形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差．
　　2.画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外．要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力．
　　3.在同一次实验中，橡皮筋拉长的结点O位置一定要相同．
　　4.由作图法得到的力F和实际测量得到的力Ｆ3，不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为F和Ｆ3相等．

学生可以自行设计实验方案进行分组实验，也可以在老师和同学的帮助下设计实验方案，学生设计好实验方案后，按照自己的方案进行实验。
通过模拟装置的改进，培养学生提出科学猜想、设计实验、进行实验验证的能力。
提问学生的研究过程和结论，让学生展示实验结果，并就学生回答给出激励性评价
学生思考、交流、讨论等，老师引导、点拨等，最后得出结论：将表示Ｆ１、Ｆ２的有向线段的箭头分别与表示Ｆ3的有向线段的箭头连接起来，这两个连线与表示Ｆ１、Ｆ２的有向线段构成的封闭图形是平行四边形。
教师总结
板书：互成角度的两个力的合成满足平行四边形定则，即以表示这两个力的有向线段为邻边作出平行四边形，这两个邻边之间所夹的对角线就代表合力的大小和方向。
学生通过教师的总结，进一步加深了印象。
教师强调一些细节，学生应该注意的地方，这样可以培养学生探索知识的科学性，严谨性。
教师提问:在平行四边形中谁是邻边？哪个对角线代表合力？哪些是实线，哪些是虚线？
学生画图举例进行回答。
对所学知识拓展，增加学生的知识面。
教师讲解并作图：求三个或三个以上力的合力可以多次用平行四边形定则。
　　教师画板画说明。

学生认真听讲，表现出很强的求知欲
教师通过提问引导学生思考，培养他们的发散思维能力。
教师提问：平行四边形是两个三角形的组合，那么我们可以得到什么呢？
通过老师的引导得出三角形定则。

教师总结：求合力的时候，只要把原来两个力的矢量首尾相接，然后再从第一个力的始端向第二个力的末端画一个矢量，这个矢量就可以表示原来两个力的合力。

教师拓展：如果要求的是多个力的合力？按照三角形定则，我们可以把所有力的矢量依次首尾相接从第一个力的始端向最后一个力的末端画一个矢量，这个矢量就是所有这些力的总合力。

【教学设计说明】将演示实验让学生参与，让学生动手操作，既增强了感性认识，激发了学生的参与热情，又为随后的科学研究提供了一个平台。通过操作和观察强化合力与分力的概念，并在此基础上发现、提出新的问题，进行猜想和假设，设计实验并通过实验验证假设，让学生体会科学研究过程，在原来对科学抽象感性认识的基础上进一步加深对理想化方法的理解，在亲身经历研究抽象定律过程中体验科学方法，实现了过程与方法的融合。

教学事件6 平行四边形定则应用的教学，强化巩固已学知识（5-10分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
定性说明合力大小与两个分力大小之间的关系。
教师组织学生思考、讨论后得出：合力不一定比分力大，也不一定比分力小，它们之间满足︱Ｆ１-Ｆ２︱《F《｜Ｆ１ +Ｆ２｜。
　　教师用几何画板课件或平行四边形定则教具进行解释。
个别学生回答，其他学生评议、补充。
讲解例题，对所学知识进行应用，进一步加深感性认识，密切物理知识与日常生活的联系。
先讲解课本例题，再补充课外例题，给出例题（课外）：两个共点力间的夹角是90º，力的大小分别为90 N和120 N，试用作图法和计算法求合力的大小和方向。
学生读题，审题，尝试解题。

教师引导学生分析解题步骤，进行解题演示：
1. 作图法解题，选定一个合适的标度
2. 点O为公共点。
3. 利用平行四边形定则画图。
4. 用刻度尺量出表示合力F的对角线长。
5. 利用数学比例关系得出F的大小。
6. 用量角器量出合力F与Ｆ１的夹角为53度。
7. 教师用计算法解题。
学生认真听讲，并在老师引导下进行分析探讨。

教师比较作图法与计算法：
作图法：
1.作力的图示。
2.直观、简单，但不准确；以后较少用。
3.表示合力方向的角度用量角器测量出。
4.合力大小由比例法得出。
计算法：
1.作力的示意图。
2.精确，但对于非特殊三角形计算繁琐；以后经常用。
3.表示合力方向的角度用三角函数表达出。
4.合力大小用数学运算法得出。

课堂练习，进一步加强学生对新知识的记忆。
教师让学生独立完成§5.1力的合成课本84页，第1题，等学生做完后，进行评讲。
学生独立完成课堂练习，并认真听老师的评讲。
【教学设计说明】应用定性的讨论让学生有更深的感性认识。利用课堂练习强化重点知识，且使教师获得关于重点知识学习效果的反馈信息。

教学事件7 巩固新课（2-3分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
在课堂上提问本节课所学知识，巩固学生所学的知识。
提出问题：
1.分力，合力，共点力的概念是什么，什么是力的合成？
2.力的合成满足什么定则，说出它的具体内容？
学生回忆并回答老师提出的问题。
【教学设计说明】及时巩固所学的知识，对于新课的教学是否能取得好的效果是至关重要的。

教学事件8 布置课后练习
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
对于学生课后作业的及时完成，对他们知识的巩固是有帮助的。
教师布置本节课的作业:
§5.1力的合成 课本84页，第3题和第4题。

学生记下老师布置的作业。
【教学设计说明】课后练习的合理布置与学生的及时完成是对新知识的一种有效的巩固。

教学事件9 布置课后探究小实验（1-2分钟）
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
为学生课外研究指明方向。
出示并布置课后研究论题：
制作一个平行四边形模型并讨论以下问题？
1. 合力的大小和方向如何随原来两个力的夹角的改变而改变？
2. 合力是否总大于原来的两个力?合力何时达到最大，何时最小？
3. 当原来两个力之间的夹角分别为0度和180度时，他们的合力如何计算？
理解问题，对所列问题进行思考。
【教学设计说明】课后的探究小实验对于学生知识的巩固和学习兴趣的培养都是会起很重要的作用的，同时它对学生创新能力的培养有一定的推动作用符合现代教育的理念，因而我们应该重视学生课后小实验的完成情况。

九．板书设计
§5.1 力的合成
一、合力、分力、共点力
1．合力、分力、共点力的概念
二、力的合成
1．求几个分力的合力叫力的合成
2．同一直线上的两个力的合成
同方向：合力的大小等于两分力大小之和，合力的方向与任意一个分力方向相同。
反方向：合力的大小等于两分力大小之差，合力的方向与较大的分力方向相同。
3．互成角度的两个力的合成满足平行四边形定则，即以表示这两个力的有向线段为邻边作出平行四边形，这两个邻边之间所夹的对角线就代表合力的大小和方向。
（1）同一直线上的力的合成规律是平行四边形定则的特例。
（2）求三个或三个以上力的合力可以多次用平行四边形定则。
【教学设计说明】教师的板书对于整节课来说起着至关重要的作用，合理清晰的板书设计，对于新课教学很有好处，这会让学生更好的把握整节课的脉络。

十．总结反思
教学任务及实现途径
教师的活动
学生的活动
教师的总结反思是对本节课的一个回顾，这对于教师以后的教学是很有意义的。
教师对本节课的教学进行总结反思：依据等效思想从实验中归纳总结出力的平行四边形定则。“等效替代”的方法，不仅是物理解题中常用的重要方法，也是一种重要的研究方法，它能使一些繁难问题的处理得以简化，能使一些难以直接研究的问题得以解决。平行四边形定则不仅是力的合成必须遵循的定则，也是所有矢量合成的普遍定则，是重点、难点。学好本节内容，为学生以后学习各种矢量及矢量运算，奠定良好的基础，起到非常重要的作用。使学生在参与和体验的学习过程中感受等效替代的思想方法，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，激发求知欲和研究身边事物的兴趣。

【教学设计说明】总结反思是教师对一节课的又一次回顾，也是对自己教学的一次回放，这是发现教学的优点和不足的一个很好的途经，对于教师教学质量的提高很有帮助。同时这也是对于学生学习情况的了解和把握的一次很好机会。总结反思体现了教学相长的教学理念。