《力的合成》教學(xué)設(shè)計濟寧市實驗中學(xué)李海濱一、學(xué)生學(xué)習(xí)情況及學(xué)習(xí)任務(wù)分析“力的合成”是人民教育出版社普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實驗教科書（以下簡稱“人教版”）《物理》必修1第三章第四節(jié)，把實驗探究求合力方法的過程作為本節(jié)課的重點內(nèi)容，要求學(xué)生在學(xué)習(xí)重力、彈力、摩擦力等矢量的基礎(chǔ)上，進一步探究矢量的運算方法。高一學(xué)生剛接觸矢量，對矢量的運算沒有任何感性認(rèn)識，沒有任何生活經(jīng)驗可供借鑒，他們習(xí)慣的是僅有大小沒有方向如質(zhì)量、體積等物理量之間的代數(shù)運算。所謂“萬事開頭難”，力的合成法則對高一學(xué)生來說是一個難關(guān)，而一旦過了這個坎，則是學(xué)生認(rèn)識上的一次質(zhì)的飛躍。意識到學(xué)生在這一問題上的巨大困難，一種簡單易行的教學(xué)方法是分散教學(xué)難點，先教給學(xué)生力的合成法則，再讓學(xué)生在實驗驗證和反復(fù)運用中逐步深化對力的合成法則的理解。但對照新課程理念對高中物理教學(xué)的要求，這樣的處理又顯然不是最佳的選擇。一則，以提高學(xué)生科學(xué)素養(yǎng)為核心的新的教學(xué)理念把學(xué)生探究活動的過程、方法以及經(jīng)歷探究活動過程中的體驗作為課程目標(biāo)之一，正是像力的合成這樣對學(xué)生來說全新的知識，學(xué)生在探究活動過程中的體驗才更加真實而深刻，其效果遠(yuǎn)非那種目標(biāo)和路線都明擺著的形式化的探究活動可比。二則，正因為學(xué)生對矢量運算是完全陌生的，放慢教學(xué)過程，讓學(xué)生在探究過程中獲得切身體驗，也有利于學(xué)生更深刻的理解矢量的合成法則。三則，從知識上說，學(xué)生在前面已經(jīng)學(xué)過運動學(xué)，對運動學(xué)中的矢量，如位移速度等，在生活中還是有一定的感性認(rèn)識的，尤其是對兩段位移總位移的討論，形象直觀，對力的平行四邊形法則有一定的啟示；從方法和習(xí)慣上來說，隨著新課程的實施和推進，學(xué)生對于科學(xué)探究尤其是實驗探究已經(jīng)積累了一定的體驗和認(rèn)識，也勇于發(fā)表自己的看法，良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣和課堂氛圍也為學(xué)生自主探究力的合成法則提供了保障。綜上所述，本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)可確定為：三維目標(biāo)1．知識與技能①理解合力、分力的概念，通過實驗理解力的合成，并理解等效替代的思想方法；②實驗探究力的合成的規(guī)律，并知道平行四邊形定則。2．過程與方法①能夠通過實驗演示歸納出互成角度的兩個共點力的合成遵循平行四邊形定則；②培養(yǎng)學(xué)生動手操作能力。3．情感態(tài)度與價值觀①在實驗的過程中，掌握正確的方法，結(jié)果要符合實驗數(shù)據(jù)；②培養(yǎng)學(xué)生實事求是的求實精神；③培養(yǎng)學(xué)生的物理思維能力和科學(xué)研究的態(tài)度。教學(xué)重點難點分析本節(jié)課的教學(xué)重點是實驗探究力的合成的規(guī)律。設(shè)計實驗，利用實驗得到合力與分力的大小和方向，猜想它們之間所遵循的運算規(guī)律則是本節(jié)課的教學(xué)難點。考慮到學(xué)生的實際困難，教師設(shè)置好引導(dǎo)學(xué)生步步深入進行探究的情景和問題，適時、適度地參與學(xué)生的探究活動則顯得尤為重要。二、課堂教學(xué)設(shè)計理念與教學(xué)思路為了讓學(xué)生更好地體驗科學(xué)探究的方法和過程，發(fā)展自主學(xué)習(xí)能力，培養(yǎng)良好的思維品質(zhì)，本節(jié)課的教學(xué)采用如下教學(xué)流程：小實驗創(chuàng)設(shè)情境一提出問題一設(shè)計方案一分組實驗一引導(dǎo)啟發(fā)猜想一實驗驗證一得出結(jié)論。教學(xué)過程中注重教師的“導(dǎo)”和“參與”，適時、適度地參與學(xué)生的探究活動，淡化教師的“教”；注重學(xué)生對知識的自主學(xué)習(xí)與自我構(gòu)建，強化小組學(xué)習(xí)與小組交流，淡化機械訓(xùn)練，摒棄灌輸式教學(xué)；在師生互動、互助的氛圍中達到學(xué)習(xí)的目的。三、教學(xué)準(zhǔn)備一桶水，用來創(chuàng)設(shè)一個學(xué)生感興趣的力的等效替代的情景。人教版新課標(biāo)教材上的探究實驗只能提供一組特殊數(shù)據(jù)，對于學(xué)生體驗探究力的合成法則是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這里把實驗改成先用彈簧秤和重錘初步研究合力與分力的關(guān)系做鋪墊，再用橡皮條和彈簧秤在白紙上研究力的合成法則（即原教材中驗證力的平行四邊形定則的學(xué)生實驗）。學(xué)生每4人一組下列器材：方木板、白紙、彈簧秤（兩個）、橡皮條、細(xì)繩兩條、三角板、刻度尺、圖釘（幾個）、帶有繩套的重錘（約300g）、平行四邊形定則教具四、教學(xué)過程1．小實驗設(shè)置情景，滲透科學(xué)方法兩個同學(xué)互成角度地施加拉力共同提一桶水，使水桶懸空靜止；一位同學(xué)單獨提這桶水，也可以使水桶懸空靜止，從實驗中有什么發(fā)現(xiàn)？分析兩種情況下水桶的受力情況并畫出力的示意圖如圖1、2所示，F(xiàn)與F1、F2是什么關(guān)系？引出力的等效替代關(guān)系，得出合力與分力的概念。圖1圖2教學(xué)中滲透等效替代的思想方法，即分力與合力雖然不同時作用在物體上，但可以相互替代，能夠相互替代的條件是分力與合力的作用效果相同，但不能同時考慮分力的作用又考慮合力的作用。2．分組實驗，激發(fā)思考那么合力和分力之間遵循怎樣的規(guī)律呢？具體的說，上面的例子里F與F1、F2的大小方向存在怎樣的關(guān)系？猜想，并利用桌子上的實驗器材，設(shè)計實驗驗證你的猜想?？赡軙袑W(xué)生猜想F=F1+F2，實際上猜想不一定要正確，與實驗證實相比，實驗證偽更能反映科學(xué)研究活動的真實情況?？捎眯⊥笆⑺M上面小實驗中的水桶，兩個彈簧秤可分別讀出F與F1、F2的大小。事實上用一個彈簧秤稱盛水小桶讀數(shù)為一確定值，而用兩個彈簧秤互成角度秤時的讀數(shù)各不相同。猜想合力和分力之間遵循怎樣的規(guī)律呢？由上述所測數(shù)據(jù)，能得出什么結(jié)論？看來分力F1、F2與合力F之間的運算關(guān)系不是簡單的代數(shù)和運算，似乎還與分力F1、F2的方向有關(guān)，那么，如何探究它們之間的關(guān)系呢？首先我們要想辦法把合力和分力的大小方向記錄下來并方便地表達出來，怎樣做呢?老師用兩個彈簧秤測量對小水桶的拉力F與F1、F2，并引導(dǎo)學(xué)生找到表示力的方法、在黑板上做出兩拉力的圖示。3．設(shè)計方案，促進合作請同學(xué)們利用桌子上的實驗器材，設(shè)計方案，探究分力與合力之間的運算法則。若提供的實驗器材不能滿足你的設(shè)計要求，可報告教師。每一小組在設(shè)計方案的過程中，思考以下幾個問題：

(1)用什么方法找出分力F1、F2及合力F；(2)怎樣使分力F1、F2的作用效果與合力F的作用效果相同？(3)實驗過程中需要記錄哪些實驗數(shù)據(jù)？怎樣可以直觀簡潔的同時描述力的大小和方向？各小組分別討論，經(jīng)互相補充和完善后，形成探究方案。經(jīng)實驗可得到F1、F2及F的圖示如圖3所示。圖34．啟發(fā)思考，民主互動觀察圖3中F1、F2及F的大小和方向，并猜想F1、F2之和與F之間可能遵守什么規(guī)律？部分同學(xué)的猜想可能不著邊際，還有一部分同學(xué)感到問題棘手，不知道解決問題的突破口在哪里。此時，教師參與學(xué)生的猜想和討論，可以以自言自語的方式給學(xué)生一些提示：“在學(xué)習(xí)平面幾何時，可以利用添加輔助線的方法，重新構(gòu)建幾何圖形，使得已知量和未知量之間建立聯(lián)系。我們能否通過添加輔助線的方法構(gòu)成一些簡單圖形如三角形、四邊形等，使得F1、F2與F之間建立某種聯(lián)系？”在老師的引導(dǎo)下，利用添加輔助線的方法，學(xué)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類似，用虛線連接F2和F的末端B、E，BOE就構(gòu)成一個三角形，要想知道F1、F2和F之間的關(guān)系，則需確定BE與F1之間的聯(lián)系或者確定AE與F2之間的聯(lián)系。另外，有的小組將A、B相連，AOB構(gòu)成一個三角形；有的將A、E相連，B、E相連，AOBE構(gòu)成一個四邊形等等。教師適當(dāng)評價。請同學(xué)們認(rèn)真觀察一下四邊形AOBE，并猜想四邊形AOBE有什么特點？經(jīng)觀察、實驗和分析，發(fā)現(xiàn)AOBE為近似平行四邊形，于是猜想出合力與分力的關(guān)系所滿足的平行四邊形定則。為驗證平行四邊形定則，比較用平行四邊形定則得到的合力與實際合力的誤差?？偨Y(jié)結(jié)論，用重錘在黑板上驗證兩個彈簧秤對小水桶的拉力的合力是否豎直。并用力的圖示法求出合力大小，比較它與F的大小。5．延伸拓展，鞏固提高用自制教具形象演示合力隨分力的變化情景6．課后鞏固練一練：作用在物體上的兩個力，F(xiàn)1=10N，F(xiàn)2=2N。若它們之間的夾角可任意，那么它們的合力可能是（）想一想、動一動：（1）兩個大小不變的力F1、F2，它們之間的夾角θ由00增大到1800的過程中，合力F的大小怎樣變化？（2）實際生活中物體往往受到多個力，怎樣求多個共點力的