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视频标签：力的合成和分解
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视频课题：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《3.4力的合成和分解》张（安徽省六安）
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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《3.4 力的合成和分解》张（安徽省六安第一中学）
《力的合成和分解》教学设计
教材分析
《力的合成和分解》是新课标、人教版高中物理必修一第三章第四节的内容。本节课学习的不仅是力的合成与分解的方法，也是矢量的合成与分解的方法，更重要的是，力的合成和分解是解决力学问题的基本方法，它强调了物理学科中的“等效替代”的思想，对今后牛顿运动定律、平衡问题、动量与能量等问题的理解和应用都会产生重要影响，因此，这节内容在整个高中物理中占据着非常重要的地位。
学情分析
学生在初中已经接触过求一条直线上两个力的合力的方法，在第一章也初步接触过位移的矢量合成，本节将进一步介绍矢量运算的普遍法则---平行四边形定则。本节课将从具体的生活实例出发，通过互动小游戏和分组探究实验，引导学生带着问题进行思考，启迪学生的思维，培养学生动手、动脑的能力，让他们掌握根据力的作用效果来分解力。
教学目标与核心素养
物理观念和应用：
从物理学视角认识客观事物内在规律及相互关系，理解矢量和标量遵循各自不同的运算法则，掌握如何按照力的作用效果来分解力，并了解这些物理规律是如何应用于生活和生产中。
科学思维和创新：
（1）通过基于生活、基于情境、基于问题导向，让学生产生对之前学习的代数运算法则在求“合力”中体现“不合理性”提出质疑，通过自制的实验器材，建构物理模型，并进行科学推理和科学论证；通过1个室外活动，2个现场互动和探究，3个自制实验器具的探究实验，通过引导学生思考位移的合成规律和力的合成规律的一致性，从而提出“矢量”和“标量”的物理概念，引导学生对已学物理量进行“矢量”和“标量”的归类。
（2）在力的分解的教学中，通过“等效替代”的思想并利用“力的分解”是“力的合成”的逆过程，引导学生建构物理模型，并思考、观察和交流，培养学生逻辑思维能力，建立正确的物理观念。
科学探究和交流：
（1）在演示实验、探究性实验之前引导学生思考和讨论：实验中如何保证力的作用效果相同？如何用力的图示表示三个力？
（2）引导学生通过探究实验、交流互动，形成猜想和假设，并引导他们动手获取和处理信息，通过手机app实时投屏，大屏幕现场展示学生的实验结果，及时解答学生们提出的问题，引导学生完成实验的内容并测得有效的实验数据，基于证据得出结论并做出解释，得出适合“力”运算的平行四边形定则，培养学生动手、动脑的习惯和科学探究、分析问题、解决问题的能力。
科学态度和责任：
在认识科学本质，理解科学、技术、社会、环境（STSE）的关系基础上逐渐形成对科学和技术应有的正确态度以及责任感。在介绍“滇缅24道弯”和“珠港澳大桥的引桥部分”的过程中，通过穿插历史事件，激发学生的爱国主义情怀和民族自豪感。
教学重、难点
重点：
（1）合力和分力
（2）平行四边形定则
难点：
（1）平行四边形定则
（2）按照力的作用效果分解
（3）矢量和标量
教学方法
实验探究、启发引导
教学准备
多媒体课件、自制实验器具（包括斜面、支架等）、粗绳、大米、木板、弹簧测力计、斧头、钩码等
教学设计
一、创设情境、引入课题
（问题引入）
一个静止的物体在某平面内受到5个力的作用，物体将向哪个方向运动？
（多媒体展示）
讨论：
五个学生分别往5个不同方向拉绳，绳子的结点会往哪个方向运动呢？（播放无人机航拍的俯视小视频）
想一想：
在保证力的作用效果不变的前提下，是否可以用一个力来替代这5个力的作用呢？你觉得这一个力和之前那5个力的作用有什么样的关系呢？
（引入课题）这就是我们本节课需要探讨的问题。
共点力
几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。刚才那视频中的五个力就是共点力。
（观察3组图片，回答问题）
思考：一个力的作用效果是否可以=两个力“共同”的作用效果？
定义：
若一个力单独（如：
F）作用的效果和某几个力（如
：F1、F2 ...)共同作用的效果相同，则这个力就叫做那几个力的
合力，这几个力就叫做那个力的
分力。（举例说明）
（二）力的合成和分解
提出问题：
（1）如果两个力在同一条直线上，如何求它们的合力？
（提问，复习初中所学习的二力共线的两个力的合成规律）
（2）如果两个力的方向不在同一条直线上，如何求它们的合力？
互动小游戏：
①请两男生一组、两女生一组拔河（男生胜）
②一个人提起重物（20斤大米）并保持静止
③两个女生尽最大力气拉绳两端，绳中间吊起重物并保持静止，测量绳的两端点之间的间距
L1
④让两男生重复上述两女生动作，测量绳的两端点的间距
L2
结果：
L2>L1
提出问题：
（1）上述三种方式作用效果是否相同？是什么样的效果？
（提问，学生回答）
引导学生得出：合力和分力的关系：等效替代
（2）如何定量测量力呢？
（用弹簧测力计记录力的大小、方向）
老师演示：
先用两个弹簧测力计把一个物体静止悬挂在空中，设两个弹簧测力计的力分别为
F1和
F2（学生读数） ，再用一个弹簧测力计单独将物体静止悬挂于空中，此时弹簧测力计的力为
F（学生读数）。
由定义可知力
F1和
F2共同的作用效果和力
F 作用的效果相同，所以
F称为
F1和
F2的合力，
F1和
F2称为
F的分力。
提出问题：
F是否等于
F1和
F2的代数和？代数运算法则是否适用？（引发学生思考）
思考：
分力
F1、F2和合力
F遵循什么样的规律 ? （为下一部分的探究性实验做铺垫）
（探究实验一）探究两个互成角度的力的合成规律
（1）介绍实验器材和实验原理
实验器材：
木板、白纸、弹簧测力计额2个、橡皮条、细绳套2个、图钉若干、直尺、三角板、铅笔 （利用实物展示和手机投屏）
实验原理：
用两个互成角度的力
F1、F2拉橡皮条和用一个力
F拉橡皮条，让两次力的作用效果相同，则
F就是合力
，F1、F2就是分力，作出它们三个力的力的图示，探究它们之间的关系。
提问：
实验中如何保证两个弹簧测力计同时拉的效果和一个弹簧测力计单独拉的效果相同？
（2）介绍实验步骤和注意事项
①橡皮绳的结点受互成角度的两个力的作用（设为：
F1、F2），使其拉伸至
O 点
②撤去
F1、F2，改用一个力（设为：
F）的作用，仍使刚才的橡皮绳的结点拉伸至
O点，则
F为
F1、F2的合力，
F1、F2为
F的分力；
③记录
F1、F2 和
F的大小和方向，在同一点
O作出
F1、F2 和
F的力的图示。
④请将
F1、F2和
F三个力的箭头用虚线连接起来，观察这个四边形的形状，你发现了什么？
老师指导学生们分组探究实验，并指导他们在白纸上画出
F1、F2和
F力的图示后，教师建议学生用虚线把三个力
F1、F2和
F的箭头端连接起来，让学生观察它们所围成的四边形的形状，老师选择其中几组做的图形用
“手机实时投屏”，投影到屏幕上
，提问他们发现了什么？仔细观察分力和合力的关系？
提出猜想：
F1、F2 和
F 三者的关系？
提出问题：
如何验证猜想？
教师对学生的回答进行总结和整理，肯定他们的实验结论：
F1、F2和
F构成了一个平行四边形，其中两个分力
F1、F2为邻边，合力
F为
F1、F2两边所夹的对角线，即
互成角度的两个力的合成遵循平行四边形定则。
注意：同一直线上力的合成是平行四边形定则应用的特例。
想一想：
-
如果物体同时受多个力的作用，如何求合力？（提问）
（逐次合成法）
-
让学生观看Flash中分力大小不变，合力随分力夹角变化而变化的“动态图”，引导他们思考并回答问题：在两个分力F1、F2大小不变的情况下，合力F随它们之间的夹角变化，会如何变化呢？
（两个分力的夹角越小，合力越大；反之夹角越大，合力越小。）
力的分解——力的合成的逆过程，力的分解同样遵循平行四边形定则。
提出问题：
（1）若对两个分力
F1和
F2没有限制条件，能作多少个平行四边形？
通过画图观察得出：
F1和
F2、F1/和
F2/...的合力都是
F（唯一确定的），也就是说同一个合力
F 可以有无数组不同的分力，即
解有无数种可能。
（如图1）
提出问题：
（2）若两个分力
F1和
F2的方向确定了，平行四边形是否唯一确定？（唯一确定，如图2）
（图1） （图2）
力的分解依据--按照实际作用效果
（探究实验）通过自制实验器材：斜面、支架等
学生先通过探究实验找到：已知力在以下不同情境中的作用效果，老师再通过演示实验放大实验现象，整理并总结实验结果，再将生活或生产中有关该规律的应用以图片或者视频等多媒体的形式展示给大家。
（探究实验二）探究放在斜面上的物体的重力的分力
“斜坡实验”直观的展示了重力的两个作用效果，让学生参与其中了解和认识“按照实际作用效果”的概念，并能将抽象的概念转换成实际应用
提出问题：
当斜面的倾角α变大或者变小，两个分力如何变化？
应用：
多媒体展示“滇缅公路24道弯”和“港珠澳大桥的引桥部分”，通过减小斜面的倾角，来减小重力沿斜面向下的分力，从而减轻汽车爬坡“负担”，这里还可以通过介绍历史，激发学生们的爱国主义情怀和学生的民族自豪感。
（滇缅公路24道弯） （港珠澳大桥的引桥部分）
（探究实验三）探究绳子对支点O的拉力T的分力
通过该实验，有效直观的让学生们看清拉力T的作用效果，并在生活中列举实际运用，让学生们更加透彻的了解合力和分力的关系，感受学习物理的魅力。
应用：
空调支架、晾衣架
（探究实验四）探究斧头对木桩作用力的效果
用一把斧头用力向下劈，能够把木桩劈开，斧头对木桩的力有什么样的作用效果？为何斧头越尖，越容易劈开（斧头光滑）？
想一想：
-
之前“互动小游戏”中，之前“互动小游戏”中，两个男生的合力和两个女生的合力一样大，为何男生提供的拉力大，男生拉的两绳的间距就大呢？ （L2>L1)
（2）“引体向上”运动，双臂平行和双臂张开较大夹角哪个省力？为什么呢？
力的合成，可以认为是力的相加，二力相加时，遵循的是平行四边形定则，而非简单的代数相加减。在第一章，我们曾学过位移，一个人从A走到B，发生的位移是AB，又从B走到C，发生的位移是BC。在整个过程中的总位移是AC，AC就是合位移。位移的合成也遵从平行四边形定则。
矢量：
既有大小又有方向，相加遵从平行四边形的物理量。
标量：
只有大小没有方向，相加遵从算术法则的物理量。
问题：
我们目前所学的物理量中，你能区分哪些是矢量，哪些是标量么？请举例说明。
三、课堂小结
本节课目的是通过教师演示实验、学生分组实验，加深学生对合力、分力的“等效替代”思想的理解，并通过平行四边形定则解决力的分解问题，让学生掌握如何按照力的实际作用效果进行分解，培养学生物理学科的核心素养。
四、作业设计
（1）思考：在力的分解中，若已知一个力的大小和方向，平行四边形是否能唯一确定呢？请你想一想、画一画。
（2）课本P71:第1、5、6题
五、板书设计
力的合成和分解
教学反思：
对于分力和合力的“等效替代”关系以及矢量的平行四边形定则规律的得出，一定要基于生活、基于情境、基于问题导向，通过科学探究和交流，培养学生动手、动脑能力，通过展示物理规律在生活中的体现，激发学生学习物理的兴趣，让学生学会学习、健康生活。
视频来源：优质课网 www.youzhik.com
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