高中物理部编版新教材课堂教学优质课比赛必修一第三章第4节《3.4 力的合成和分解》池州

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高中物理部编版新教材课堂教学优质课比赛必修一第三章第4节《3.4 力的合成和分解》

第4课时

3.4力的合成和分解

1.课时教材分析

本节课是在已学习位移、速度、加速度等矢量，学习了力的图示和三种基本性质力的基础上展开的，这些都对本节内容起了良好的铺垫作用。研究多个力的合力问题，它是前几节内容的深化，依据等效思想给出合力与分力概念，并通过实验探究推理归纳出矢量运算普遍遵守的法则——平行四边形定则，使学生对矢量和标量认识得以完善。
矢量运算始终贯穿在高中物理知识内容的全过程中，具有基础性和预备性．为以后学习速度、加速度、位移、动量等矢量运算奠定了基础．因此，因此这节课在物理学体系中的地位和作用至关重要

2.课时学情分析

从知识上说,学生更习惯于标量之间的代数运算,在初中只接受过求同一直线上二力的合力问题,升入高中后,开始接触矢量的概念，在接受矢量运算时有一定的困难,而一旦过了这一关,则是学生认识上的一次质的飞跃。

3.课时学习重点

1、通过生活实例，体会等效替代的物理思想。
2、通过实验探究，得出求合力的方法——平行四边形定则，知道力的分解是力的合成的逆运算。

4.课时学习难点

1、会用作图法和直角三角形的知识求共点力的合力。
2、会应用平行四边形定则或三角形定则进行矢量运算。

5.开放性学习环境

在实验室中进行分组实验，4到5位同学一组。实验桌上备有两个弹簧测力计、木板、白纸、橡皮筋、细绳套、图钉等实验仪器

操作建议：创设情境引入合力与分力的概念,深化等效思想；通过合力与分力概念教学和实验探究引导学生进一步领悟“等效替代”的思想方法，并培养学生运动与相互作用观念和实验探究、推理论证的科学素养；学生分组进行探究平行四边形定则实验之前，铺设实验冋题串；生活情境引入，问题串设计，交流讨论，分组实验。

课时学习目标（单元学习目标的具体化）

6.课时学习目标
物理观念：
（1）知道合力与分力的概念，体会等效替换的思想。　　
（2）通过实验探究，得出力的合成和分解遵从的法则——平行四边形定则。　
（3）会利用作图和三角函数知识求解合力和分力。
（4）知道矢量相加遵循平行四边形定则。能区分矢量和标量。
科学思维：能根据实验结果，做出合理假设，并尝试用已有知识进行验证。
科学探究：领会等效替换额思想，能制定合理的探究方案
科学态度与责任：结合力的合成和分解的生活实例，培养学生勇于探索的科学态度，感受物理学科研究的方法和意义．

课时教学过程

学习活动/任务名称

7.教学过程

评价建议

活动1名称引入等效替代的方法

活动1：
这幅图大家应该都知道，这幅图展示的是游乐场里面蹦床项目，小孩在两根绳子拴着情况下可以向上跳动，当然我们也可以设计一根绳子同样可以达到同样的效果，这种方法就是等效替代，等效替代是一种非常重要的研究方法。今天我们就用这种方法来研究我们今天学习的内容。

由日常生活中游乐场中精彩活动引入更具有趣味性和带入性

活动2名称得出分力和合力的概念

生活中常常见到这样的事例：
例如，两个小孩分别用力F₁、F₂共同提着一桶水，水桶静止（图3.4-1甲）；一个大人单独向上用力F也能提着这桶水，让水桶保持静止（图3.4-1乙）。

一盏吊灯悬吊在天花板上保持静止，悬线对吊灯的拉力是F（图3.4-2甲），若用两根线共同悬挂吊灯，悬线上端分别固定在天花板的左右两处，线的拉力是F₁和F₂，也能产生使吊灯保持静止的效果（图3.4-2乙）。

提问这些现象都有怎样的共同点：1、它们都受到是共点力的作用，一个一个分析他们的共同点：几个力都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点。我们把这样的力称之为共点力。2.力的作用效果相同
一个力的单独作用与两个或者更多力的共同作用，其效果相同。两个孩子分别用

和

两个力共同提着一桶水，一个成年人单独向上用力

也能提着这桶水，让水桶保持静止。所以力

是

和

两个力的合力。
教师总结：假设一个力作用在物体上产生的效果跟原来几个力的共同效果相同，这个力就叫作那几个力的合力；假设几个力的共同效果跟某个力作用在物体上产生的效果相同，这几个力叫作分力。

用我们日常生活中总结的方法来探究新课内容，不仅让学生更轻易掌握这些概念更让学生学习了探究的方法

活动3名称探究平行四边形定则

2、力的合成和分解
教师引导求几个力的合力的过程叫作力的合成；已知一个力求它的分力的过程叫作力的分解。
教师提问：在力的合成与分解中，合力和分力同时作用在物体上吗？
学生回答不同时存在。教师补充特别是受力分析时不能同时存在，那样就会受力分析把力分析重复了。在力的合成中，分力存在，是物体的实际受力，而合力不存在；在力的分解中，合力存在，是物体的实际受力，而分力不存在。
那怎么进行力的合成呢？力的合成遵循什么样规则呢？在初中我们知道
那如果两个分力不共线该怎么处理呢？
探究求合力的方法
实验器材
方木板、白纸、弹簧秤（两个）、橡皮条、细绳、量角器、刻度尺、图钉（几个）。
设计实验
在进行实验前首先思考这些问题：
问题：（1）如何确保F是F₁、F₂的合力？（两次都把小圆环拉到同一个点O）

如何描述F、F₁、F₂？（力的图示）
实验中需要记录哪些物理量？（F、F₁、F₂的大小和方向）
猜测F与F₁、F₂的关系，并想办法验证。（用虚线把拉力F的末端分别与F₁、F₂的末端连接，猜想所围图形的形状，并用作图工具验证）

如图3.4-3甲，轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE。在图3.4-3乙中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2，改用一个力 F单独拉住小圆环，仍使它处于O点（图3.4-3丙）。力F单独作用，与 F1、F2 共同作用的效果是一样的，都能使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即橡皮条对小圆环的拉力相同，所以F等于F1、F2的合力。
1.由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F（三个力的方向沿着各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出）。
2. 三个力的大小和方向有什么关系？我们用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个平行四边形（图3.4-3 丁），但这只是猜想。
3.用作图工具进行检验，并改变拉力F1 和F2的大小和方向，重做上述实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。
注意事项:
(1)使用时弹簧秤先校零，水平拉动弹簧测力计，避免与外壳相碰或摩擦．

(2)同一次实验中，橡皮条拉长时结点的位置一定要相同
(3)在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差.
(4)实验中用两只弹簧测力计钩住绳套互成角度地拉橡皮条时，夹角不宜太大也不宜太小以60°～120°之间为宜。

画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外.要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力.

(6)在记录细绳方向时，不要直接沿细绳方向画直线，在接近细绳两端位置(距离尽量大些)在白纸上画两个射影点，去掉细绳后再过这两个射影点连直线，这样画出的力的方向误差较小．

力的平行四边形定则：如果用表示两个共点力F₁和F₂的线段为邻边作平行四边形，那么，合力F的大小和方向就可以用这两个邻边之间的对角线表示出来，这叫做力的平行四边形定则.

实验前教会同学们怎样使用实验器材以及实验中要注意的事项然后让学生自己动手操作得出结论，提高学生的实践能力

活动4名称熟悉平行四边形定则并得出力的分解也要遵循平行四边形定则

例1. 力F1＝45 N，方向水平向右. 力F2＝60 N,方向竖直向上.求这两个力的合力F 的大小和方向 .

[要点归纳]　
求合力的方法：
1.作图法
根据平行四边形定则用作图工具作出平行四边形，然后用测量工具测量出合力的大小、方向，具体操作流程如下：

2.计算法
(1)两分力共线时
①若F₁、F₂两力同向，则合力F＝F₁＋F₂，方向与两力同向。　　　　　　　
此时合力最大
②若F₁、F₂两力反向，则合力F＝|F₁－F₂|，方向与两力中较大的同向。　　　
此时合力最小
(2)两分力不共线时
可以根据平行四边形定则作出分力及合力的示意图，然后由几何知识求解对角线，即为合力。以下为求合力的三种特殊情况：

类型	作图	合力的计算
两分力相互垂直		大小：F＝方向：tan θ＝
两分力等大，夹角为θ		大小：F＝2F₁cos 方向：F与F₁夹角为 (当θ＝120°时，F₁＝F₂＝F)
合力与其中一个分力垂直		大小：F＝方向：sin θ＝

需要指出的是，如果没有限制，对于同一条对角线，可以作出无数个不同的平行四边形（图3.4-5）。
也就是说，同一个力 F 可以分解为无数对大小、方向不同的分力。一个已知力究竟应该怎样分解，
要根据具体问题来确定。

进一步理解平行四边形定则并进行实际应用，加强实践能力

活动5名称得出矢量和标量的概念

学习了平行四边形定则后，我们知道力的运算要遵循平行四边形定则，其实所有的矢量都要遵循平行四边形定则，因此我们得到矢量与标量的定义。
1、矢量：既有大小又有方向，相加遵从平行四边形定则（或三角形定则）的物理量。
2、标量：只有大小，没有方向，求和时按照算术法则相加的物理量。

让学生自己探究出来的方法应用于其它情景中

8.课时教学板书设计

3.4力的合成与分解

一、

平行四边形定则
力的分解
矢量和标量

9.课时作业设计

本节后面的练习与应用习题以及由此得出来的拓展题

10.课时反思性教学改进

本课利用实验教学。理论联系实际，但在实验中，学生探究到的合力和分力之间的关系可能只是一个近似的平行四边形，甚至是一些其他图形。请学生分析造成的原因，将自己的想法与其他同学交流

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