《力的合成》教学设计

步国平

本文通过《力的合成》一课的教学设计充分体现了物理新课程的理念，将复杂的物理知识和思想以形象直观的方式进行了展示，该教学设计在实践中取得了较好的效果。

一、设计理念

通过本节教学，不仅要让学生学到基础的物理知识与技能，还要让学生体验科学探究的过程，注重知识的形成过程和对知识的真正理解；通过探究过程，让学生了解科学研究方法，培养创新意识和实验能力；关注每位学生的发展，培养他们探索自然、理解自然的兴趣与热情。

二、教材分析、学生分析及教学处理

“平行四边形定则”是矢量运算的普遍法则，学习它不但是研究力的合成与分解的需要，也是为以后学习速度的变化等矢量运算做好准备，但矢量的运算法则对初学者来说是很难跨越的一个台阶，为此可关注以下几点：

1、对于本节教学，改变了过去一贯采用的“验证性”实验教学方式，而是采用“探究性”实验教学，让学生在自己原有“同一直线上两个力的合成”的知识基础上，通过“猜测、实验、归纳、总结”的探究过程，自己得出“不在同一直线上的两个力的合成”所遵循的“平行四边形定则”，并让学生在此过程中体会“实验归纳法”。

2、学生对矢量的认识还很肤浅，但只要老师引导得当，注重分析贴近学生生活的实际问题，就目前学生的知识水平而言，教学活动应该会比较顺畅，学生各方面的能力也可以得到培养。

3、教材在第一章第2节中已经设置了一个“思考与讨论”栏目，让学生通过对两段互成角度的位移的合成，体验矢量相加的“三角形定则”，虽未提到“平行四边形定则”，但已为后面有关矢量合成的研究埋下了伏笔。所以在本节课中，应该加以充分利用，使学生在学习过程中体会到水到渠成之感。

4、力的合成规律的探究过程依据的是“等效替代”思想，学生只有领悟了这一思想，才有可能以它为指导思想真正理解“平行四边形定则”，才有可能灵活应用它。

5、利用实验探究的方法来得到平行四边形定则，既可以培养学生进行实验探究的能力，也可以培养学生勇于探索的精神。学生经过这一过程，在一定程度上也提高了运用知识的能力。

三、教学目标

（一）知识与技能

1、理解合力与分力的概念，知道什么是力的合成。

2、掌握力的“平行四边形定则”，会用作图法求两个共点力的合力。

3、会定性分析合力随两个分力夹角的变化情况，掌握合力的变化范围。

4、知道共点力的概念，会计算在同一直线上的几个力的合力，会用直角三角形知识计算两个力的合力。

5、能区分矢量与标量，能用力的合成分析日常生活中的问题。

（二）过程与方法

1、采用日常生活中“等效替代”思想来理解合力与分力的概念，并在这一思想的指导下，通过实验探究去体验“力的平行四边形定则”的发现过程。

2、采用实验探究的学习方式，通过独立思考与分组讨论等过程，培养学生设计实验、动手操作、观察实验现象的能力，以及分析、综合、归纳的能力。

3、通过课堂实验的设计及操作过程，培养学生利用现有器材设计实验的能力。

（三）情感、态度与价值观

1、通过实验探究过程，激发学生的学习兴趣，发挥学生的积极性、主动性和创造性。

2、通过力的合成的研究与规律的发现，培养学生严谨的科学态度，逐步养成用科学方法与科学知识理解和解决实际问题的习惯，提高学生的科学素养。

3、通过分组实验，培养学生合作、交流的能力与团结协作的精神。

四、教学重、难点

（一）重点

渗透“等效替代”的物理思想，促使力的平行四边形定则的发现与深刻的理解。

（二）难点

①实验的设计；

②平行四边形关系的发现；

③从“代数和”到“矢量和”的跨越；

④对合力与分力间的“等效替代”关系的真正理解与灵活运用。

五、教学器材

木板1块、白纸1张、图钉5枚、细绳2根(两端做好套)、滑轮一组、勾码一组、铅笔1只、三角尺1~2把。

六、教学过程设计

（一） 引入新课

前面，我们已学习了物体间相互作用的各种表现，如重力、弹力、摩擦力，也知道了如何对物体进行受力分析。那么，当物体的受力情况比较复杂时，是否存在简化问题的科学方法和途径呢?现在就来探究这个问题。

（二）进行新课

1、创设情境、引出课题

图1、图2、图3展示了日常生活中“等效代替”的思想。

提出问题

(1)物体被施加了几个力的作用后，能用一个力来替代它吗?

(2)怎样替代?替代的前提是什么?

设计说明：引出“等效替代”的思想，是发现力的合成法则的前提，是至关重要的环节。如果这一环节做得不到位，即使“完成”了后面的教学，学生对为什么要进行力的合成，为什么可以进行力的合成，怎样进行力的合成等问题的理解都是模糊的。所以，“等效”思想需反复强调，以使之深入人心。

板书

如果一个力作用在物体上产生的效果跟几个力共同作用在该物体上产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力(resultant force)，而那几个力就叫做这个力的分力(components of force)。

2、实验论证、探究课题

设置陷阱

在图1中，如果两个小孩施加在水桶上的力都是200玁，那么一个大人需要施加多大的力才能等效替代?

一般回答：400玁！

可能回答：小于400N(一般是已预习过的学生或是参加竞赛的学生)！

教师质疑：你怎么知道?有科学依据吗?……凭直觉得出结论，像亚里士多德那样吗?……若是伽利略会怎么做？

学生回答：做实验。

设计说明：在“伽利略对自由落体运动的研究”一节中曾介绍了伽利略的科学研究方法，在课堂教学中，只要有机会，就应当进一步渗透这些研究方法，以培养学生在严谨的科学态度下能够养成良好的思维习惯，并提高他们的实践能力与科学素养。

探究过程 (分四人小组进行)

教师活动：给出实验的基本思路(如图4所示)，并强调如何表示力。

设计说明：这个问题的提出可以强化学生对矢量与标量有本质区别的认识，还可以产生“悬念”，学生急于想知道：两力的合成究竟应怎样进行?有了悬疑，就会激发学生的求知欲，就会产生探求真知的强大动力。这一“悬念”的创设在学生的大脑里立即会产生撞击，思维被迅速地激活了，学生的求知欲望油然而生。在充分发挥学生主动性的同时也提高了课堂效率。

交流和合作

老师引导：怎样验证?是把三个力的箭头连线起来确定是否平行四边形吗?这样做存在什么问题?(由于实验存在误差，很难确认所画四边形就是平行四边形。可先根据两个分力画出平行四边形，再将其对角线与合力进行对比，看是否重合或偏差有多大，是否是在误差允许的范围内，是否可以被看作是一个平行四边形。)

分组活动：各自画图进行验证……(要求三力画实线、辅助线画虚线)。

综合分析程序：

①让某小组汇报自己的探究结果(提倡学生上讲台利用实物投影进行解说)，对比在夹角接近的情况下结果有什么相似之处和区别，分析存在的一些问题。

②再让其他组汇报，对比在夹角相差较大的情况下结果有什么相似之处和区别，分析存在的一些问题。

设计说明：通过提示的方式，使学生发现规律，既能发挥教师的引导作用，又能充分发挥学生的主动思维，养成良好的思维习惯，培养严谨的科学态度，提高实践能力。

归纳结论

板书

力的合成法则——平行四边形定则——三角形定则

3、归纳、总结、运用课题

（1）适用条件

是否任何情况下，物体所受各力都可合成。(学生通过阅读教材P63有关内容，了解了共点力概念，知道力的合成法则适用于共点力问题)

（2）动态分析

教师提问：当两个分力的大小一定，而夹角变大或变小时，合力大小会怎样变化?

其变化范围是怎样的?

要求学生按图5要求作图(F₁=F₂)

设计说明：通过三组力的合成问题的分析，再一次强化力的合成中涉及的“等效替代”思想，这样既可以加深对力的合成规律的理解，也有利于学生对物理学的重要研究方法——等效思维方法的领悟。

得出结论

夹角越小，合力越大。当夹角为0°时，合力有最大值F_max=｜F₁+F₂｜。

夹角越大，合力越小。当夹角为180°时，合力有最小值F_min=｜F₁-F₂｜。

这个表达式能否连在一起？

板书

｜F₁-F₂｜≤F≤｜F₁+F₂｜

结束语：这节课我们通过对共点力合成的科学探究过程，体会到了“等效思维方法”在科学研究中的魅力，同时还体验了类似于伽利略式的科学研究过程。希望同学们能养成科学意识，重视科学研究方法，在将来的学习和工作中能有所建树。

（三）课堂小结

通过这节课的学习，我们发现力的合成一般不能象标量那样可以用简单的“加减法”进行运算(同一直线上的力的合成除外)。通过探究，我们发现力的合成要按“平行四边形定则”或“三角形定则”进行。其实，这一运算法则也是所有矢量运算的普遍法则，因此大家要重视理解，学以致用。

（四）承前启后的问题

实验演示：一根细绳能竖直挂起一个重物；用两根同样质地的细绳代替它，并逐渐增大夹角……，当夹角达到一定大小时，绳断。

课后思考：为什么绳断？是两根绳子不如一根绳子吗？是长的先断还是短的先断？为什么？课外研究一下。

设计说明：通过这一小实验，再一次让学生感悟到合力不一定比分力大，合力的大小跟两个分力的夹角大小有密切的关系。同时，也为下一节“力的分解”预设了一个值得研究的题材。

七、板书设计 （略）

八、布置课后练习 （略）

(栏目编辑邓 磊)