視頻標簽：力的合成和分解

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視頻課題：高中物理部編版新教材課堂教學優質課比賽必修一第三章《3.4力的合成和分解》張（安徽省六安）

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高中物理部編版新教材課堂教學優質課比賽必修一第三章《3.4 力的合成和分解》張（安徽省六安第一中學）

《力的合成和分解》教學設計
 
 
教材分析
《力的合成和分解》是新課標、人教版高中物理必修一第三章第四節的內容。本節課學習的不僅是力的合成與分解的方法，也是矢量的合成與分解的方法，更重要的是，力的合成和分解是解決力學問題的基本方法，它強調了物理學科中的“等效替代”的思想，對今后牛頓運動定律、平衡問題、動量與能量等問題的理解和應用都會產生重要影響，因此，這節內容在整個高中物理中占據著非常重要的地位。
學情分析
學生在初中已經接觸過求一條直線上兩個力的合力的方法，在第一章也初步接觸過位移的矢量合成，本節將進一步介紹矢量運算的普遍法則---平行四邊形定則。本節課將從具體的生活實例出發，通過互動小游戲和分組探究實驗，引導學生帶著問題進行思考，啟迪學生的思維，培養學生動手、動腦的能力，讓他們掌握根據力的作用效果來分解力。
教學目標與核心素養
物理觀念和應用：
從物理學視角認識客觀事物內在規律及相互關系，理解矢量和標量遵循各自不同的運算法則，掌握如何按照力的作用效果來分解力，并了解這些物理規律是如何應用于生活和生產中。
科學思維和創新：
（1）通過基于生活、基于情境、基于問題導向，讓學生產生對之前學習的代數運算法則在求“合力”中體現“不合理性”提出質疑，通過自制的實驗器材，建構物理模型，并進行科學推理和科學論證；通過1個室外活動，2個現場互動和探究，3個自制實驗器具的探究實驗，通過引導學生思考位移的合成規律和力的合成規律的一致性，從而提出“矢量”和“標量”的物理概念，引導學生對已學物理量進行“矢量”和“標量”的歸類。
（2）在力的分解的教學中，通過“等效替代”的思想并利用“力的分解”是“力的合成”的逆過程，引導學生建構物理模型，并思考、觀察和交流，培養學生邏輯思維能力，建立正確的物理觀念。
科學探究和交流：
（1）在演示實驗、探究性實驗之前引導學生思考和討論：實驗中如何保證力的作用效果相同？如何用力的圖示表示三個力？
（2）引導學生通過探究實驗、交流互動，形成猜想和假設，并引導他們動手獲取和處理信息，通過手機app實時投屏，大屏幕現場展示學生的實驗結果，及時解答學生們提出的問題，引導學生完成實驗的內容并測得有效的實驗數據，基于證據得出結論并做出解釋，得出適合“力”運算的平行四邊形定則，培養學生動手、動腦的習慣和科學探究、分析問題、解決問題的能力。
科學態度和責任：
在認識科學本質，理解科學、技術、社會、環境（STSE）的關系基礎上逐漸形成對科學和技術應有的正確態度以及責任感。在介紹“滇緬24道彎”和“珠港澳大橋的引橋部分”的過程中，通過穿插歷史事件，激發學生的愛國主義情懷和民族自豪感。
教學重、難點
重點：
（1）合力和分力
（2）平行四邊形定則
難點：
（1）平行四邊形定則
（2）按照力的作用效果分解
（3）矢量和標量
教學方法
實驗探究、啟發引導
教學準備
多媒體課件、自制實驗器具（包括斜面、支架等）、粗繩、大米、木板、彈簧測力計、斧頭、鉤碼等
教學設計
一、創設情境、引入課題
（問題引入）
一個靜止的物體在某平面內受到5個力的作用，物體將向哪個方向運動？

（多媒體展示）
討論：
五個學生分別往5個不同方向拉繩，繩子的結點會往哪個方向運動呢？（播放無人機航拍的俯視小視頻）
想一想：
在保證力的作用效果不變的前提下，是否可以用一個力來替代這5個力的作用呢？你覺得這一個力和之前那5個力的作用有什么樣的關系呢？
（引入課題）這就是我們本節課需要探討的問題。
共點力
幾個力如果都作用在物體的同一點，或者它們的作用線相交于一點，這幾個力叫作共點力。剛才那視頻中的五個力就是共點力。

• 新課教學

• 合力和分力

（觀察3組圖片，回答問題）
思考：一個力的作用效果是否可以=兩個力“共同”的作用效果？
定義：
若一個力單獨（如：F）作用的效果和某幾個力（如：F₁、F₂ ...)共同作用的效果相同，則這個力就叫做那幾個力的合力，這幾個力就叫做那個力的分力。（舉例說明）
（二）力的合成和分解
提出問題：
（1）如果兩個力在同一條直線上，如何求它們的合力？
（提問，復習初中所學習的二力共線的兩個力的合成規律）
（2）如果兩個力的方向不在同一條直線上，如何求它們的合力？
互動小游戲：
①請兩男生一組、兩女生一組拔河（男生勝）
②一個人提起重物（20斤大米）并保持靜止
③兩個女生盡最大力氣拉繩兩端，繩中間吊起重物并保持靜止，測量繩的兩端點之間的間距L₁
④讓兩男生重復上述兩女生動作，測量繩的兩端點的間距L₂
結果：L₂>L₁
提出問題：
（1）上述三種方式作用效果是否相同？是什么樣的效果？
（提問，學生回答）
引導學生得出：合力和分力的關系：等效替代
（2）如何定量測量力呢？
（用彈簧測力計記錄力的大小、方向）
老師演示：
先用兩個彈簧測力計把一個物體靜止懸掛在空中，設兩個彈簧測力計的力分別為F₁和F₂（學生讀數） ，再用一個彈簧測力計單獨將物體靜止懸掛于空中，此時彈簧測力計的力為F（學生讀數）。
由定義可知力F₁和F₂共同的作用效果和力F 作用的效果相同，所以F稱為F₁和F₂的合力，F₁和F₂稱為F的分力。
提出問題：
F是否等于F₁和F₂的代數和？代數運算法則是否適用？（引發學生思考）
思考：
分力F₁、F₂和合力F遵循什么樣的規律 ? （為下一部分的探究性實驗做鋪墊）
（探究實驗一）探究兩個互成角度的力的合成規律
（1）介紹實驗器材和實驗原理
實驗器材：
木板、白紙、彈簧測力計額2個、橡皮條、細繩套2個、圖釘若干、直尺、三角板、鉛筆 （利用實物展示和手機投屏）

實驗原理：
用兩個互成角度的力F₁、F₂拉橡皮條和用一個力F拉橡皮條，讓兩次力的作用效果相同，則F就是合力，F₁、F₂就是分力，作出它們三個力的力的圖示，探究它們之間的關系。
提問：
實驗中如何保證兩個彈簧測力計同時拉的效果和一個彈簧測力計單獨拉的效果相同？
（2）介紹實驗步驟和注意事項
①橡皮繩的結點受互成角度的兩個力的作用（設為：F₁、F₂），使其拉伸至 O 點
②撤去F₁、F₂，改用一個力（設為：F）的作用，仍使剛才的橡皮繩的結點拉伸至O點，則F為F₁、F₂的合力，F₁、F₂為F的分力；
③記錄F₁、F₂ 和F的大小和方向，在同一點O作出F₁、F₂ 和F的力的圖示。
④請將F₁、F₂和F三個力的箭頭用虛線連接起來，觀察這個四邊形的形狀，你發現了什么？
老師指導學生們分組探究實驗，并指導他們在白紙上畫出F₁、F₂和F力的圖示后，教師建議學生用虛線把三個力F₁、F₂和F的箭頭端連接起來，讓學生觀察它們所圍成的四邊形的形狀，老師選擇其中幾組做的圖形用“手機實時投屏”，投影到屏幕上，提問他們發現了什么？仔細觀察分力和合力的關系？
提出猜想：
F₁、F₂ 和 F 三者的關系？
提出問題：
如何驗證猜想？
教師對學生的回答進行總結和整理，肯定他們的實驗結論：

F₁、F₂和F構成了一個平行四邊形，其中兩個分力F₁、F₂為鄰邊，合力F為F₁、F₂兩邊所夾的對角線，即互成角度的兩個力的合成遵循平行四邊形定則。
注意：同一直線上力的合成是平行四邊形定則應用的特例。
想一想：

1. 如果物體同時受多個力的作用，如何求合力？（提問）

（逐次合成法）

1. 讓學生觀看Flash中分力大小不變，合力隨分力夾角變化而變化的“動態圖”，引導他們思考并回答問題：在兩個分力F₁、F₂大小不變的情況下，合力F隨它們之間的夾角變化，會如何變化呢？

（兩個分力的夾角越小，合力越大；反之夾角越大，合力越小。）
 力的分解——力的合成的逆過程，力的分解同樣遵循平行四邊形定則。

提出問題：
（1）若對兩個分力F₁和F₂沒有限制條件，能作多少個平行四邊形？
通過畫圖觀察得出：
F₁和F₂、F₁^/和F₂^/...的合力都是F（唯一確定的），也就是說同一個合力F 可以有無數組不同的分力，即解有無數種可能。（如圖1）
提出問題：
（2）若兩個分力F₁和F₂的方向確定了，平行四邊形是否唯一確定？（唯一確定，如圖2）

（圖1）                     （圖2）               
力的分解依據--按照實際作用效果
（探究實驗）通過自制實驗器材：斜面、支架等
學生先通過探究實驗找到：已知力在以下不同情境中的作用效果，老師再通過演示實驗放大實驗現象，整理并總結實驗結果，再將生活或生產中有關該規律的應用以圖片或者視頻等多媒體的形式展示給大家。

（探究實驗二）探究放在斜面上的物體的重力的分力
“斜坡實驗”直觀的展示了重力的兩個作用效果，讓學生參與其中了解和認識“按照實際作用效果”的概念，并能將抽象的概念轉換成實際應用

提出問題：
當斜面的傾角α變大或者變小，兩個分力如何變化？
應用：
多媒體展示“滇緬公路24道彎”和“港珠澳大橋的引橋部分”，通過減小斜面的傾角，來減小重力沿斜面向下的分力，從而減輕汽車爬坡“負擔”，這里還可以通過介紹歷史，激發學生們的愛國主義情懷和學生的民族自豪感。

（滇緬公路24道彎）           （港珠澳大橋的引橋部分）
 
（探究實驗三）探究繩子對支點O的拉力T的分力
通過該實驗，有效直觀的讓學生們看清拉力T的作用效果，并在生活中列舉實際運用，讓學生們更加透徹的了解合力和分力的關系，感受學習物理的魅力。

 
 
 
 
應用：
空調支架、晾衣架

 
 
（探究實驗四）探究斧頭對木樁作用力的效果
用一把斧頭用力向下劈，能夠把木樁劈開，斧頭對木樁的力有什么樣的作用效果？為何斧頭越尖，越容易劈開（斧頭光滑）？

想一想：

1. 之前“互動小游戲”中，之前“互動小游戲”中，兩個男生的合力和兩個女生的合力一樣大，為何男生提供的拉力大，男生拉的兩繩的間距就大呢？ （L₂>L₁)

（2）“引體向上”運動，雙臂平行和雙臂張開較大夾角哪個省力？為什么呢？

• 矢量和標量

力的合成，可以認為是力的相加，二力相加時，遵循的是平行四邊形定則，而非簡單的代數相加減。在第一章，我們曾學過位移，一個人從A走到B，發生的位移是AB，又從B走到C，發生的位移是BC。在整個過程中的總位移是AC，AC就是合位移。位移的合成也遵從平行四邊形定則。

矢量：
既有大小又有方向，相加遵從平行四邊形的物理量。
標量：
只有大小沒有方向，相加遵從算術法則的物理量。
問題：
我們目前所學的物理量中，你能區分哪些是矢量，哪些是標量么？請舉例說明。
三、課堂小結
本節課目的是通過教師演示實驗、學生分組實驗，加深學生對合力、分力的“等效替代”思想的理解，并通過平行四邊形定則解決力的分解問題，讓學生掌握如何按照力的實際作用效果進行分解，培養學生物理學科的核心素養。
四、作業設計
（1）思考：在力的分解中，若已知一個力的大小和方向，平行四邊形是否能唯一確定呢？請你想一想、畫一畫。
（2）課本P71:第1、5、6題
五、板書設計
力的合成和分解

• 合力和分力
• 力的合成和分解
• 矢量和標量

教學反思：
對于分力和合力的“等效替代”關系以及矢量的平行四邊形定則規律的得出，一定要基于生活、基于情境、基于問題導向，通過科學探究和交流，培養學生動手、動腦能力，通過展示物理規律在生活中的體現，激發學生學習物理的興趣，讓學生學會學習、健康生活。

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