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视频标签：力的合成
所属栏目：高中物理优质课视频
视频课题：教科版高一物理必修一第三章力的合成-北京市优课
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指导思想与理论依据
高中物理课程是普通高中自然科学领域的一门基础课程，旨在落实立德树人根本任务，进一步提高学生的物理学科核心素养，为学生的终身发展奠定基础，促进人类科学事业的传承与社会的发展。本节课将重点培养学生从实际问题经过理想化抽象出物理模型的建模过程，经历科学探究过程并用获得的知识解决实际问题。
教学背景分析
教学内容：
本节使用的教材是教科版普通高中课程标准实验教科书《物理》（必修1）第2章第5节。本节内容是在学生学习了力的图示、重力、弹力、摩擦力等相关力学知识的基础上，进一步学习力的运算法则。本节课从一个震撼的放飞超大风筝视频入手，先建构模型，借助这个模型介绍相关各概念，运用等效替代的观点定性分析了合力与分力的关系，逐渐渗透运动与相互作用的观念，然后在递进问题启发下，学生完成科学探究过程，探究合力与分力的关系，学生切身体会合力与分力之间的量值关系，不再是简单的代数运算，而是遵从平行四边形定则这一普遍的矢量运算法则。对培养核心素养中的科学探究起到积极的作用。“力的合成”这一节为后续的速度、电场强度等矢量运算奠定了基础，对学生认识到平行四边形定则是矢量运算的基本方法，起到了奠基的作用。
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学生情况：
高一学生已经学习了力的三要素、力的图示等物理知识和有关平行四边形的几何知识，但是他们刚刚接触矢量，对矢量的运算没有任何感性认识，没有任何生活经验可供借鉴，他们习惯于标量的代数运算，即使学习了位移、速度、加速度等矢量，也不涉及到矢量运算，而是通过规定正方向将矢量运算变成了简单的加减问题，没有触及矢量运算。同时有些学生几何知识迁移能力较差，对力的平行四边形定则的应用往往不习惯,学生构建模型也是难点！
意识到学生在这些问题中的困难，本节课引课从放飞大风筝开始，引导学生从实际风筝中取出一对对称的力来研究从而简化问题，建立物理模型，学生经历这个实物到模型的构建过程，初步了解简化和理想化的模型建构过程，提高了科学思维。
提高学生的核心素养中的科学探究能力是本节课的一个核心内容，本课以拉伸橡皮筋实验为研究载体，不给学生设计具体明确的目标和路线，而是以问题引导学生自己猜想、讨论交流设计实验方案、实施、展示实验结论、同学质疑、改进实验方案、实施、再质疑、再改进、最终形成完整有效的实验方案完成探究，在这样的探究过程中，学生经历了真正的探究过程，提高了探究能力。
学生在核心内容中的实验进阶有以下三处进阶难点：
（1）对“等效”（力的作用效果相同）的理解及“等效”在橡皮筋伸长中的具体体现 （2）从关注描述力的大小转移到关注描述力的方向
（3）如何描述力的方向并用力的图示把力的大小和方向都准确描述出来
针对阶（1）教学策略是：观察一端固定的橡皮筋被拉伸，学生小组讨论，再亲自动手操作验证自己的想法后到黑板展示，其他同学点评、质疑、改进，最终提出简单准确的保证等效的方法。如：有的同学想用尺子量两次橡皮筋的长度相等来保证等效，同学质疑：测量存在误差，很难保证两次相等，还有向不同方向拉橡皮筋相同的长度是否“等效”？最终同学提出记录橡皮筋固定端和末端位置（用笔点点）来保证等效，采用不同的拉伸方式，只要保证橡皮筋的固定端和末端位置不变，就保证了力的作用效果相同，也就是“等效”，实质是力的作用使橡皮筋发生了相同的形变，熏陶了运动与相互作用的观念。这样通过点点的方法既简单又准确，保证了不同施力方式的“等效”。
针对阶（2）教学策略是：学生开始对合力与分力关系的猜想还是基于标量的概念，只猜想合力与分力大小之间的关系：合力是分力之和？合力与分力大小相等？等，顺着学生的认知规律不过多干涉，学生设计实验、小组讨论、实验验证自己的猜想，发现找不到合力与分力的关系规律，这时提示同学，大家实验中每组同学两分力的夹角各不相同，每组同学得到的合力分力关系也各不相同，所以合力与分力的关系还可能跟什么因素有关呢？学生能想到跟力的方向有关，除了要记录力的大小，还要记录力的方向。如果还分析不出来要记录力的方向，就提示同学力是矢量，我们刚才是不是忘记了什么重要因素没有考虑？相信同学能成功突破难点，成功进阶。
针对阶（3）教学策略是：给同学充足的时间讨论，发散思维，同学小组讨论，想出很多办法，一一展示，其他同学质疑改正，最终形成简单准确的记录方法。如：其中有一位同学的父亲是木匠，他就想到把线涂上颜料，用弹线的方法记录力的方向，此时同学质疑，拉起线的同时橡皮筋末端位置发生变化，不能保证等效了，再有，线弹到纸上的位置也不一定是刚才拉起线前线的位置，这样记录不准确。等等。经历这样的发散思维想办法、质疑、改进、最终形成简单准确的记录力的大小和方向的方法，相信学生能成功进阶。
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教学目标
1.学生经历合力、分力、共点力、力的合成等概念的构建过程，学生明确等效的概念并体会这是物理学中一种研究方法——等效代替法，逐步形成物理观念
2.学生通过探究互成角度的两个共点力的合成方法——平行四边形定则的过程，体会科学探究的具体过程：提出问题猜想、设计实验获得证据、小组交流展示、同学质疑改进、交流分享，最终形成一致的结论等环节。
3.学生通过获得实验真实数据的过程逐渐形成实事求是的科学态度，通过力的合成运用到实际生活中的过程体会学会物理知识解决实际问题的社会责任。
教学重难点
（一） 教学重点
1. 学生了解力的合成中的等效替代法，认识等效代替法的实际应用。
2. 学生通过对实验探究的参与，认识互成角度的两个力合成规律，得出平行四边形法则。经过对物理现象的观察、归纳提高科学探究能力 （二）教学难点
力的平行四边形定则的实验探究过程中如何正确理解“等效”并准确画出力的方向和图示。
问题框架
教学环节
学生活动 问题链
环节一
构建物理模型提出引课问题 由实物抽象为模型
合力
两分力F1=100N
F2=100NF=?
如何由实际问题抽象出物理模型？
环节二
实验探究
1.猜想合力与分力间的关系
合力
两分力F1=100NF2=100NF=?已知两个分力，猜测一下合力应该是多少呢？
如何验证我们的猜想是否正确呢？（实验验证）
教学环节
学生活动 问题链
如何保证一个力是两个力的合力？（同学想用尺子测量橡皮筋的伸长长度）
这个方法确定力的作用效果相同大家同意吗？（同学提出不同的想法）
那应该怎样操作能更准确的确定两次力的作用效果相同呢？ （确定橡皮筋末端位置：点点）
同学展示小组讨论结果，确定力的大小，各组汇报测量结果，验证猜想是否正确？
发现只看力的大小并没有什么规律，那么是不是在刚才的测量过程中我们遗漏了哪些重要的信息呢？
提示：力是矢量。既有大小又有方向。
2.小组设计实验方案验证我们的猜想
（1）如何确定两次拉伸橡皮筋力的作用效果相同
小组讨论 小组展示
同学质疑 提出新方案，点点
（2）再次实验确定需要测哪些量，如何记录
小组测力的大小 黑板展示
各组汇报数据验证之前的猜测结果
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教学环节 学生活动
问题链
（3）如何确定力的方向
同学一：沿绳画线确定力的方向
同学质疑：画出的线不直，方向确定不准
同学二改进：用尺子沿绳画线（尝试几次发现总是比不直，不容易操作）
同学三改进：把线涂抹上颜料，拉起往纸上弹，可以确定线的方向
同学质疑：一拉动线会使线的位置变化，记录力的方向会不准
同学四改进：在线上点两个相距较远的点，两点确定一条直线。（很多同学惊呼“哦”，恍然大悟的感觉）
终于制定出比较完整的实验方案，根据提示步骤完成探究实验
通过一连串的提出办法，质疑，改进，再质疑，在改进，终于大家想到了既方便有准确的确定力的方向的方法，同学们继续思考，如何准确的图示分力和合力，从而观察他们之间的关系？
如何来记录力的方向呢？
整合上述探究过程，完善实验设计方案，按照提示小组完成探究实验，继续猜想合力与分力之间的关系？
教学环节 学生活动
问题链
（4）按照实验方案利用力的图示画出合力与分
力，猜想合力与分力满足的规律 小组展示 教师连辅助线引导学生猜想（学生看见辅助线后，马上恍然大悟，猜想构成了平行四边形！） 同学们经过认真的思考不能得
出合力与分力间的关系，教师
链接辅助线引导学生猜想合力
分力间有什么有趣的联系？—
—出现了平行四边形 3.经过改变二力的夹角等更多次的实验得出结论：不论合力和分力如何变化，它们的图示总是构成平行四边形——两个分力是邻边，合力是对角线。 这就是合力与分力所遵循的平行四边形定则 同学们又一次猜想，怎么验证
我们的猜想是否正确呢？
环节三 回扣解决 引课问题
在笔记本上利用平行四边形定则求已知两分力的合力
如果两分力的夹角是600、300，
那么合力又是多少呢？
环节四 课堂小结
学生总结本节课学到的知识、科学思维的方法、科学探究的过程。
思考分力一定时，合力随分力夹角变化的变化？制作一个动态变化的模型展示猜想结果？
一对对称力的合成会求了，那么迁移类比求出风筝上所有提线的合力是多少？
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教学流程示意
从学生身边熟悉的实例入手引导多角度观察事物
培养学生从实际问题中构建出物理模型
引导学生观察事例理解分力、合力、共点力的概 念及等效代替的方法
实验探究：合力与分力的关系。
猜想——实验验证——设计实验方案——（小组讨论）改进——确定步骤——实操——得出结论
感受科学探究过程，总结本节课的知识和方法
教学过程
教学过程
教学内容及教师活动
学生活动
设置意图 时间安排
创设问题情境引入
1.欣赏秋天校园里美丽的红枫叶树
2.值日生怕秋天的风，但是风筝爱好者喜欢着呢
同一事物从不同角度观察就有不同的结论，下面我们就从物理角度观察一下这个风筝。
如果没有这么多人还想放这个大风筝，可以用什么代替一群人来放风筝呢？
有的同学欣赏美
早值日同学内心独白“这么多叶子一刮风掉地上我得啥时候能扫完呀！”
欣赏各式各样的风筝 观看多人放风筝视频 情景一
情景二
感受同一事物不同角度认识，结果相差很多
学会多角度认识事物、多角度考虑问题
经历概念的建构过程逐渐形成物理观念
2分
8
教学过程
教学内容及教师活动
学生活动
设置意图
时间安排 新课讲授
汽车提供的一个力的作用效果与一群人各力的共同作用效果相同，这一个力叫做合力，这几个力叫做分力 一．合力与分力
作用效果
合力 几个分力 等效代替
二．共点力
观察风筝上的提线的力： 右端：各力的作用点交于一
点
左端：力的作用线交于一点
回顾情景二，汽车的拉力相当于合力，风筝的提线拉风筝的蒙面的力相当于分力
如果汽车给的拉力过大，会把风筝的提线拉断
提出问题：若每根提线所能承受的最大拉力为100N时，汽车最大可以提供多大的拉力？
三．力的合成
已知分力求合力的过程
四．建模
实际问题比较复杂，需要理想化简化成物理模型进行研究
体会作用效果相同
明确等效代替
情景二
简化成从研究一对对称的力的合成入手
则所有提线对风筝的力相当于很多对这样的力的合成问题，就能解决了。
粗略说相同的作用效果是：把风筝鼓起相同的程度，速度相同。 培养学生逐步形成物理观念
经历概念的建构过程逐渐形成物理观念
体验从实际情景逐步理想化简化成物理模型的过程，培养学生建立物理模型的科学思维。
5分 6分
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教学过程 教学内容及教师活动
学生活动 设置意图
时间安排 实验 验证
五．互成角度的两个共点力的合成
1.同学们猜一猜，合力与分力是什么关系呢？
2.请全班同学举手表决赞同哪个观点
3.提问：如何验证猜想？
4.小组讨论：设计实验方案
5.友情提示： （1）器材
（2）如何找到一个合力与两个分力（怎么保证一个力是两个力的合力）
（3）如何记录各力
6.小组展示
7.教师点评，肯定优点，改正缺点，补充不足。同学比较哪组同学设计的好，选出大家都认可的一组实验进行操作
8. 同学记录实验数据，验证猜想
9. 小组展示、教师补充点评
10.学生操作实验验证
可能的情况：
1.合力是分力之和为200N。（合力是分力之和？） 2.合力与分力相等为100N。（合力与分力相等？）
等等
通过实验验证猜想
同学带着提示问题小组讨论，设计实验方案，确定采用弹簧秤拉橡皮筋的实验，来探究合力与分力的关系。 小组派一名代表展示设计方案 小组派一名代表展示设计方案 开始实验
记录合力与分力的大小，比较分力的代数和是否等于合力。
研究简化了的物理模型，体验科学探究的过程
经历： 1.猜想
2.实验原理 3.选取实验器材 4.制定步骤 5.完成操作 6.获得证据 7.解释交流 8.得出结论 科学探究过程，体会科学态度与责任 在教师的引导下，学生真正的完成科学探究的过程：提出问题 到设计实验获取证据到解释交流再到获得结论，在探究的过程中逐渐形成物理学科素养
10分
10分
10
教学过程 教学内容及教师活动
学生活动
设置意图
时间安排
解决 引课 问题
小结 作业
11. 找同学交流实验验证猜想的结果
科学家当年也经历了这个过程
12.提问：
（1）那合力与分力到底是什么关系呢？
（2）已知分力求合力满足怎样的运算法则呢？
（引导学生记录方向 ）
13.验证以分力为邻边作平行四边形画对角线，观察对角线与合力
14.得出结论：
用表示两个共点力F1和F2的线段为邻边作平行四边形，那么合力F的大小和方向可以用两个分力所夹的对角线表示。
六．利用平行四边形定则求合力，解决刚才的问题
总结本节课的收获
1.收看学科群微课视频复习 2．课本P62页3、4题
3．做一做：用木片（或塑料片、硬纸板）制作平行四边形模型，两条邻边表示两共点力，夹角可随意改变，对角线表示合力。模型做好后，观察当两分力间夹角
从 0o 增大到180o
变化过程中，合力的大小和方向如何变化。
1.用力的图示表示拉力，发现两个分力相加不等于合力
2.合力不一定等于分力
只观察大小好像没有什么规律，说明我们刚才忽略了哪个重要因素？
记录力的方向
小组讨论：如何方便准确的记录力的方向
小组讨论：
根据画出的合力与分力的力的图示，继续观察、大胆猜想。
可能有同学会知道： 分力构成平行四边形的对角线可以表示合力
由利用平行四边形定则求一对对称力的合力，类比迁移到求出风筝上所有提线的合力
学生画力的图示，利用平行四边形定则求合力
总结合力随分力夹角变化规律
1. 从知识上 2. 从方法上
真正从学生的认知出发，同学经历猜想、实验、得出结论、再猜想、在验证的过程、真正体验百折不挠的科学态度与责任 学以致用，通过解决实际问题检验学生的实际获得 从知识、方法两方面总结本节课的收获，总结科学探究的过程、步骤
充分利用课余时间，落实所学知识，加深理解。
7分 3分 2分
12
课堂调查：书面写出你在学习本节课时所遇到的困难，向教师提出较合理的教学建议。 我这样评价我自己：
10 8 6 4 伙伴眼里的我：
10
8
6
4
老师的话：
注：1.得分为自评、互评、教师评总分之均值;
2. “我这样评价我自己”、“伙伴眼里的我”以及“老师的话”都是针对课堂学习情况的概括性评判和描述。
本教学设计与以往或其他教学设计相比的特点
本节课是本着培养学生的物理科学素养进行的教学设计，主要通过几个环节的设计培养学生的物理学科素养，真正做到了物理学科素养“落地”课堂，具体有以下特点。
1.重视物理建模。多年的教学经验中我发现学生一直存在一个问题，特别是新课改之后，这个问题更是尤为突出：我们高中阶段研究的物理问题许多是由实际问题经过简化、理想化抽象出来的物理模型，学生恰恰不会由实际问题简化、理想化抽象出物理模型，缺乏建模技能，导致思维僵化，问题情境一变就不会分析。所以本节课我设计了一个有一定难度的放大风筝的实际情境引课，适度增加这节课的难度。学生在经历了把研究提线对风筝的多对对称的力的合成问题简化为研究一对对称的力的合成问题的过程，体会了如何简化；经历忽略提线的质量、形变等因素影响，体会了如何理想化，经历综上所述两个过程体验了把实际复杂问题简化、理想化抽象出物理模型的建模过程，有助于学生形成科学思维。
实际风筝及受力 拉风筝的提线给风筝很多对对称的力 简化出一对对称的力求合力，其他
对称的力可以类比这对力求合力
2.抓住“等效”的理解和具体操作。这也是以往教学中学生出现的问题，学生实验操作时拉橡皮筋末端位置总是变化的，这节课我注意到了这点，让学生充分发散思维，有同学提出可以通过测量两次橡皮筋的长度相同保证等效，有同学质疑：测量存在误差无法保证两次真正等效，再说，即使两次橡皮筋长度相同，但是方向如果不同也不能保证等效。同学提出改进意见：可以通过记录橡皮筋末端位置来保证等效，通过在橡皮筋末端点点的方法既简单有准确的保证了等效。同学在这样的思维碰撞中共同进步，提升了科
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学探究能力。
3.从关注力的数值转移到关注力的方向。学生头脑中对标量有着根深蒂固的认识，虽然前面学习了速度、位移、加速度这些矢量，但是对矢量的方向的理解还是不到位，所以探究合力与分力间关系的时候，学生会关注力的数值间的关系，往往忽略了关注力的方向。本节课也关注了这个问题，学生开始对合力与分力关系的猜想还是基于标量的认知，这里教师顺着学生的认知规律不过多干涉和急于纠正，学生经历设计实验、小组讨论、实验验证自己的猜想后，发现找不到合力与分力的关系规律，这时再给学生相应的提示，学生会有恍然大悟的感觉，很顺利的完成从标量到矢量的过渡，这种体验学生印象深刻，才会对矢量有更深的理解。之后自然会利用力的图示表示出合力与分力，寻找出平行四边形定则这个矢量运算规律，为后面所有矢量的运算奠定了基础。
4.设法突破记录力的方向难点。本节课给学生充足的时间，学生发散思维，想出了很多办法，给同学机会到前面展示：
展示一：同学说直接沿着拉橡皮筋的细绳画在黑板上就行，让同学真的到黑板上来画一下，画的时候发现线怎么画都画不直，不用其他同学质疑，自己就否定了这个做法。
展示二：接着有同学说可以用尺子比量着沿细绳画线，不就直了吗，马上让该同学到黑板展示操作，结果发现由于弹簧秤碍事但又不能移动，尺子怎么都无法跟线很好的对齐在黑板上画出力的方向，所以这个办法也否定了。
展示三：这时有个同学说受身为木匠的父亲启发想到一个办法，可以把线涂上颜料，在黑板上弹出线的方向。这个想法大家觉得很新鲜，很好。但是有同学质疑说拉起细线后橡皮筋末端的位置会发生变化，不能保证等效了，这个方法还是不严谨，被否定了。
展示四：有同学说我想到一个方法，二话不说走上讲台，拿起笔直接沿绳压着绳在黑板上点了一个点，这时，在座的同学们惊呼一声“哦~~”，都恍然大悟，觉得这个办法好，既简单，又准确。
给学生充足的时间，经过一系列的展示、质疑、改进等过程，学生的思维得到了锻炼，在交流中共同进步，提升了科学探究能力。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
