高中物理人教版第三章相互作用4力的合成 《力的合成》教學(xué)設(shè)計(jì)

《力的合成》教學(xué)設(shè)計(jì)濟(jì)寧市實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)教科書（以下簡(jiǎn)稱“人教版”）《物理》必修1第三章第四節(jié)，把實(shí)驗(yàn)探究求合力方法的過程作為本節(jié)課的重點(diǎn)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(jìn)一步探究矢量的運(yùn)算方法。高一學(xué)生剛接觸矢量，對(duì)矢量的運(yùn)算沒有任何感性認(rèn)識(shí)，沒有任何生活經(jīng)驗(yàn)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(yùn)算。所謂“萬事開頭難”，力的合成法則對(duì)高一學(xué)生來說是一個(gè)難關(guān)，而一旦過了這個(gè)坎，則是學(xué)生認(rèn)識(shí)上的一次質(zhì)的飛躍。意識(shí)到學(xué)生在這一問題上的巨大困難，一種簡(jiǎn)單易行的教學(xué)方法是分散教學(xué)難點(diǎn)，先教給學(xué)生力的合成法則，再讓學(xué)生在實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證和反復(fù)運(yùn)用中逐步深化對(duì)力的合成法則的理解。但對(duì)照新課程理念對(duì)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(dòng)的過程、方法以及經(jīng)歷探究活動(dòng)過程中的體驗(yàn)作為課程目標(biāo)之一，正是像力的合成這樣對(duì)學(xué)生來說全新的知識(shí)，學(xué)生在探究活動(dòng)過程中的體驗(yàn)才更加真實(shí)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(dòng)可比。二則，正因?yàn)閷W(xué)生對(duì)矢量運(yùn)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(yàn)，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(shí)上說，學(xué)生在前面已經(jīng)學(xué)過運(yùn)動(dòng)學(xué)，對(duì)運(yùn)動(dòng)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(shí)的，尤其是對(duì)兩段位移總位移的討論，形象直觀，對(duì)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(shí)施和推進(jìn)，學(xué)生對(duì)于科學(xué)探究尤其是實(shí)驗(yàn)探究已經(jīng)積累了一定的體驗(yàn)和認(rèn)識(shí)，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(shí)與技能①理解合力、分力的概念，通過實(shí)驗(yàn)理解力的合成，并理解等效替代的思想方法；②實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)演示歸納出互成角度的兩個(gè)共點(diǎn)力的合成遵循平行四邊形定則；②培養(yǎng)學(xué)生動(dòng)手操作能力。3．情感態(tài)度與價(jià)值觀①在實(shí)驗(yàn)的過程中，掌握正確的方法，結(jié)果要符合實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)；②培養(yǎng)學(xué)生實(shí)事求是的求實(shí)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(diǎn)難點(diǎn)分析本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是實(shí)驗(yàn)探究力的合成的規(guī)律。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)得到合力與分力的大小和方向，猜想它們之間所遵循的運(yùn)算規(guī)律則是本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)?？紤]到學(xué)生的實(shí)際困難，教師設(shè)置好引導(dǎo)學(xué)生步步深入進(jìn)行探究的情景和問題，適時(shí)、適度地參與學(xué)生的探究活動(dòng)則顯得尤為重要。二、課堂教學(xué)設(shè)計(jì)理念與教學(xué)思路為了讓學(xué)生更好地體驗(yàn)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(shí)驗(yàn)創(chuàng)設(shè)情境一提出問題一設(shè)計(jì)方案一分組實(shí)驗(yàn)一引導(dǎo)啟發(fā)猜想一實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)、適度地參與學(xué)生的探究活動(dòng)，淡化教師的“教”；注重學(xué)生對(duì)知識(shí)的自主學(xué)習(xí)與自我構(gòu)建，強(qiáng)化小組學(xué)習(xí)與小組交流，淡化機(jī)械訓(xùn)練，摒棄灌輸式教學(xué)；在師生互動(dòng)、互助的氛圍中達(dá)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(gè)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(shí)驗(yàn)只能提供一組特殊數(shù)據(jù)，對(duì)于學(xué)生體驗(yàn)探究力的合成法則是遠(yuǎn)遠(yuǎn)不夠的，這里把實(shí)驗(yàn)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(yàn)證力的平行四邊形定則的學(xué)生實(shí)驗(yàn)）。學(xué)生每4人一組下列器材：方木板、白紙、彈簧秤（兩個(gè)）、橡皮條、細(xì)繩兩條、三角板、刻度尺、圖釘（幾個(gè)）、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(shí)驗(yàn)設(shè)置情景，滲透科學(xué)方法兩個(gè)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(dú)提這桶水，也可以使水桶懸空靜止，從實(shí)驗(yàn)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(shí)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(shí)考慮分力的作用又考慮合力的作用。2．分組實(shí)驗(yàn)，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(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證你的猜想?？赡軙?huì)有學(xué)生猜想F=F1+F2，實(shí)際上猜想不一定要正確，與實(shí)驗(yàn)證實(shí)相比，實(shí)驗(yàn)證偽更能反映科學(xué)研究活動(dòng)的真實(shí)情況?？捎眯⊥笆⑺M上面小實(shí)驗(yàn)中的水桶，兩個(gè)彈簧秤可分別讀出F與F1、F2的大小。事實(shí)上用一個(gè)彈簧秤稱盛水小桶讀數(shù)為一確定值，而用兩個(gè)彈簧秤互成角度秤時(shí)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(cè)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(yùn)算關(guān)系不是簡(jiǎn)單的代數(shù)和運(yùn)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(dá)出來，怎樣做呢?老師用兩個(gè)彈簧秤測(cè)量對(duì)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(jì)方案，促進(jìn)合作請(qǐng)同學(xué)們利用桌子上的實(shí)驗(yàn)器材，設(shè)計(jì)方案，探究分力與合力之間的運(yùn)算法則。若提供的實(shí)驗(yàn)器材不能滿足你的設(shè)計(jì)要求，可報(bào)告教師。每一小組在設(shè)計(jì)方案的過程中，思考以下幾個(gè)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(shí)驗(yàn)過程中需要記錄哪些實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)？怎樣可以直觀簡(jiǎn)潔的同時(shí)描述力的大小和方向？各小組分別討論，經(jīng)互相補(bǔ)充和完善后，形成探究方案。經(jīng)實(shí)驗(yàn)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(dòng)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(shí)，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(shí)，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(jiǎn)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(gè)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(gè)三角形；有的將A、E相連，B、E相連，AOBE構(gòu)成一個(gè)四邊形等等。教師適當(dāng)評(píng)價(jià)。請(qǐng)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(diǎn)？經(jīng)觀察、實(shí)驗(yàn)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(yàn)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(shí)際合力的誤差?？偨Y(jié)結(jié)論，用重錘在黑板上驗(yàn)證兩個(gè)彈簧秤對(duì)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(gè)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(dòng)一動(dòng)：（1）兩個(gè)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(shí)際生活中物體往往受到多個(gè)力，怎樣求多個(gè)共點(diǎn)力的