資源簡介

《力的合成》教案
一．背景和教學任務簡介
該節內容著重讓學生探索力的合成的基本定則——平行四邊形定則，幫助學生從代數求和到矢量圖形合成的跨越。
本節課注重知識內容的探究過程，并且強調學生的參與。在逐步形成概念規律的過程中，學生經歷了學習、研究物理的一般科學探究方法，在運用物理規律解決社會生活中問題的過程中體驗學以致用的快樂并感悟物理與社會生活的緊密聯系。
二．教學目標：
1．物理觀念：
（1）知道共點力，理解力的合成概念。
（2）理解平行四邊形定則，會用作圖法求兩個共點力的合力。
（3）學會用橡皮筋、彈簧測力計等實驗器材研究合力與分力的關系。
2．科學思維：
（1）通過抽象思維，將物理實際轉化為物理模型
（2）利用平行四邊形的邊角關系，將力的矢量問題圖形化
3．科學探究：
（1）通過實驗探究過程學習平行四邊形定則，認識力的合成是一種等效替代的方法。
（2）通過矢量與標量的不同求和方法，感受標量的代數性質和矢量的圖形性質。
4．科學態度與責任：
（1）通過有關力的合成的實例分析，感悟力的合成在日常生活中的實際意義和應用價值。
（2）通過實驗中有誤差產生的現象，感悟實事求是的科學探究精神。
三．教學重點和難點：
教學重點：探究并理解力的平行四邊形定則。
教學難點：猜測合力與分力的平行四邊形關系。
四．教學設計思路
（一）教學思路
本節課的重點是讓學生從實驗中探究并歸納出力的合成的方法——平行四邊形定則，但對于剛進入高中學習不久高一學生用從代數求和改變為矢量圖形合成，這在認識上是一個巨大的困難，它需要一個耐心的尋找和猜想的過程。由于一節課的時間只有40分鐘，因此在實驗中實驗步驟老師給與一定的指導，留出較多的時間給同學充分猜想和探討實驗的結果，從而讓學生體驗科學探究的過程，激發學生科學探究的興趣。
教學方法：實驗探究。
（二）教學流程圖
五．教學技術與學習資源應用：
1．多媒體電腦演示。
2．學生實驗《共點力合成》：圖板、圖釘、白紙、彈簧測力計、橡皮筋、繩套、刻度尺、三角尺。
3．教師演示：DIS實驗系統，力傳感器，鉤碼。
六．教學過程：
創設情境，提出疑問：
師：力是生活中最常見的一個物理量，在前面的課中我們已經學習了力的基本內容并學會使用力的圖示的方法記錄一個力的三要素（大小、方向和作用點），今天我們對力做更深入的研究。首先請同學們共同體驗和觀察一個實驗。
情境：（學生體驗）先由一位同學將一重物拉起離開地面，再由這位同學和另一位同學一起以較小的夾角將同一重物拉起離開地面，然后再將夾角分大，兩同學將用很大的力氣才能將重物拉起離開地面（或者同學拉不起來）。
師：同學在三次拉的過程中都將重物拉離了地面，如果一個力對重物的作用效果與兩個共點力對重物的作用效果是相同的，我們就能把這一個力來代替這兩個力，或這兩個力代替這一個力在物理學上我們把這一過程稱為等效替代。
1.等效替代：用一個力作用于物體所產生的效果和用幾個力同時作用于物體達到的效果是一樣的，我們就可以用這一個力來代替這幾個力，或用這幾個力來代替這一個力。
2.合力與分力
如果一個力能等效替代幾個力，這一個力叫做這幾個力的合力。
如果幾個力能等效替代一個力，這幾個力叫做這一個力的分力。
師：在三次拉的過程中，哪一次最費力呢？
生：第三次。
師：根據我們的生活經驗，兩個人一起拉應該比一個人拉省力，怎么變得更費力了呢？這說明在力的等效替代中合力與分力一定存在著某種關系，今天這節課我們就來探究一下合力與分力究竟有怎樣的關系。
師：在探究前是否有同學有初步的猜測？（稍作停頓，猜測可將它記在黑板上，后面再作驗證）
尋找途徑：
師：大家沒有猜測也沒關系，因為我們現在還沒有研究的方向和結果，我們先來確定怎樣來研究合力與分力的關系。請大家回想一下，在剛才的實驗中我們改變了什么實驗條件，引起了繩子上拉力的變化？
生：兩繩子之間的夾角。
師：改變了繩子間的夾角也就改變了力的什么？
生：力的方向。
師：大家回答得非常好。力是矢量，既有大小又有方向。矢量是有方向的，其作用效果不僅與力的大小有關，還與力的方向有關，基于這一點和前面的實驗現象，讓我們意識到合力與分力可能不僅在大小上存在關系，在方向上可能也有關系。尋找它們之間的關系僅看大小是不夠的，我們必須同時記錄下分力與合力的大小和方向。請問，我們用什么方法可以把力的大小、方向和作用點同時記錄？
生：力的圖示法。
師：很好，我們應通過實驗把合力與分力全部用力的圖示法畫出來，而他們的關系必定在圖中尋找。我們接下去就通過實驗研究合力與分力在圖形上有怎樣的關系？
實驗操作記錄數據：
師：今天我們的研究對象橡皮筋。我們把橡皮筋的一端固定在木板上，另一端系上繩套，用兩個彈簧秤同時鉤在繩套上拉，使橡筋發生拉伸形變，再用一個彈簧秤拉，使橡筋發生相同的形變。請問如何保證兩次拉伸的形變效果相同？
（學生討論）
生：可將橡筋結點的形變位置記錄下來，第二次拉到同一位置就能保證兩次的形變效果相同。
師：這個方法非常好，我們記錄下各個力的大小和方向，用力的圖示畫出來就能尋找合力與分力的圖形關系了。那么大家記錄力的方向又什么好的方法？
生：在繩子的正下方點一點，這一點與結點就能連成一直線，該直線方向就是力的方向。
師：同學回答得非常好。我們再總結一下實驗步驟。（觀看電腦演示實驗步驟。）現在大家可以開始實驗了。（學生探究實驗，老師巡視指導）
師：大家實驗都完成了，我們看幾組同學的圖。（展示幾組合力與分力的力的圖示）
分析數據：
師：大家結合自己圖和其他同學所畫的圖，相互討論一下，你猜測合力與分力在圖形上可能有什么關系？
（學生討論）
生：將兩個分力的頂端與合力的頂端相連接，得到圖形很像平行四邊形，合力是這個平行四邊形的對角線。
師：其它小組是否也感覺有這樣的規律？還是覺得有其他規律？
生：我們的圖形也好像是平行四邊形。
師：好像是這個平行四邊形的對角線，這畢竟是一種猜測，究竟合力是不是這個平行四邊形的對角線呢？讓我們來驗證一下，我們可以以OA、OB為鄰邊作平行四邊形OADB，看平行四邊形的對角線與OC是否重合。（學生推平行線，驗證自己的猜測）
師：我們看幾組同學的圖形。大部分組的驗證結果是：基本重合，稍有偏差。是不是我們的猜測錯了嗎？還不能完全否定，因為我們的實驗器材和實驗操作都有可能產生誤差，我們可用誤差較小的測力的工具——DIS力傳感器，再來驗證一下。
（教師DIS實驗演示：一個力傳感器拉和兩個互成直角的兩個力傳感器拉，如果猜測正確這三個力滿足購股定律。）
得到結果：
師：根據這一結果說明我們的猜測是正確的，而剛才大家實驗結果雖然有誤差，但說明大家在科學探究中有著實事求是的科學態度，不為了迎合自己的猜測而弄虛作假，這點非常好。
數理學家們通過緊密的計算和驗證，發現矢量合成就存在平行四邊形圖形關系。今天我們由于時間的關系不可能在課堂上去精密的反復的驗證，但大家已經在認識上有了一個質的飛躍，認識到了求和不應局限于代數求和，碰到矢量應從圖形上求解，而且敏銳地觀察帶了四邊形圖形關系的關系，這表明大家的觀察能力還是很強的。
師：圖形關系我們已經得到了。最后大家能不能根據圖像用自己的語言來描述出合力與分力的關系？
生：用表示兩個力的有向線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線就表示合力的大小和方向。
師：可見求互成角度的兩個力的合力，不是簡單地將兩個力相加減，而是遵循平行四邊形定則。
4.平行四邊形定則：如果用表示兩個共點力F1和F2的線段為鄰邊做平行四邊形，那么合力F合的大小和方向就可以用F1、F2所夾的對角線來表示。
5.力的合成：求幾個力的合力的方法，叫做力的合成。
力的合成遵循平行四邊形定則。
師：現在我們已經知道了合力與分力在等效替代中遵循平行四邊形定則，那么我們前面的問題：為什么兩個人一起拉比一個人拉重物更費力呢？
生：因為兩個等大的分力，它們之間的夾角越大，合力越小。
（動畫演示）
教師課堂小結
訓練與評價：
學生討論：引入實驗中為什么兩個力同時拉，在夾角較大反而比一個人拉費力。
回家作業：（1）思考：為什么課本引入實例中“泗水拔鼎”失敗的原因。
（2）練習冊：基本訓練A組，1-8題。
七、評價反思：
在第一次課堂實施中，我發給了每位學生一個栓了兩根細線的鉤碼，讓同學親手感受一下，用一只手拎起砝碼
；兩只手一起向上拎砝碼
；慢慢將兩繩之間的夾角增大；這三種情況下手上拉力的大小情況。圍繞該實例建立合力、分力及力的合成與分解的概念，課堂效果很好，達到設計目標。
接下去就提出問題：“合力的大小是不是分力大小的代數和？”；“為什么不是？”；“我們以前講時間、路程、質量不都是代數相加的嗎？”，學生能從矢量標量上找到區變，以此入手讓同學知道力的合成不應盡考慮大小還應考慮方向，所以應該從圖形上去找出他們的圖形關系。接下去又以一系列的問題題問：“根據桌上的器材如何進行實驗？”；“如何保證合力與分力的等效”；“如何讀取力的大小？”“如何記錄力的方向？”“如何用力的圖示來表示這些力？”然后開始學生實驗。
由于前面一系列問題都有學生思考回答，所用的時間較多，之后的實驗還是有部分同學沒有明確實驗目的、實驗步驟，到下課時，絕大部分學生還未完成實驗。因此，合力與分力的關系也就沒有時間猜想了，這節課的一個主要目的沒有完成。
課后馬上與老師進行了交流，老師說，這節課的主要目的應在后面的圖形猜想上，如果前后都要顧及，時間肯定不夠，前面的有些內容學生在初中已經學習過，老師可以直接指導實驗的操作過程，留出足夠的時間進行實驗后的討論。
根據以上意見，我對這一節課進行了大刀闊斧的改變。首先把引入實驗進行了改變，直接利用力的合成的實驗裝置，改拉砝碼為拉橡皮筋。在橡皮筋拉伸效果相同的情況下，用DIS力傳感器測量力的大小，直接顯示在投影屏幕上，通過數值觀察力的大小變化。從上課效果來看，同學很容易理解，而且對于后面的實驗起到了一定的輔助鋪墊的作用，使同學們在后面實驗操作上快了很多。此外對于后面的提問也做了一定的刪減。保留了啟發學生從圖形上進行觀察猜想的問題，而具體的實驗操作以指導的方式告訴學生。這樣大多數學生在實驗前已經能明確此次實驗的目的及步驟，在正式的操作過程中大部分學生在10分鐘內很好完成了實驗。
在隨后的猜想的過程中，由于同學已經知道從圖形上尋找它們的關系，個別小組在操作時將兩個分力的頂端與合力的頂端相連接，較快得到平行四邊形的圖形。在他們的啟發下，其它小組也做了相同的連接，大部分小組都接近于平行四邊形。還有小組測量了幾組不同的分力，同時畫在一起，可以看到每一組分力與合力都構成一個平行四邊形。
最后我讓同學觀察圖形，用自己的語言來表述分力與合力的關系，通過同學們的相互協作，大家能較完整的來描述力的的平行四邊形定則。
通過前面的改動之后，這節課完整地完成了所有的內容，尤其是探究實驗的結果猜想，給了學生足夠的時間討論，使每個學生參與其中，學生的認知程度肯定比簡單的說教更為深刻。
活動Ⅳ
DIS
驗證
活動III
驗證
猜測
平行四邊形定則
應用結論
活動I
拎杠
鈴片
合力
分力
活動II
學生
實驗
等效
替代
合成分解
問題I
設問
共點力
問題II
猜測
關系
O
F1
F2
O
C
A
B’
PAGE
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