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2019-2020年高一物理 第二章 B 力的合成教案 滬科版 一、教學(xué)任務(wù)分析 力的合成是在學(xué)習(xí)了生活中常見的力之后，從等效的角度對兩個(gè)力作用效果所遵循規(guī)律的深入探究。力的合成是解決力學(xué)問題的一個(gè)重要方法，是以后學(xué)習(xí)牛頓運(yùn)動(dòng)定律的基礎(chǔ)之一，也是中學(xué)階段其他矢量運(yùn)算的基礎(chǔ)。力的合成是本章教學(xué)的重點(diǎn)。 學(xué)習(xí)本節(jié)內(nèi)容需要的知識(shí)有：力的矢量性、力的三要素、力的圖示和等效的思想方法。 從教材“泗水拔鼎”故事情景入手，讓學(xué)生通過模擬“拔鼎”（即提杠鈴片）的游戲提出問題，感悟等效思想，建立“共點(diǎn)力”、“合力與分力”、“合成與分解”等概念。 在學(xué)生親身體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，教師用DIS實(shí)驗(yàn)演示，為學(xué)生進(jìn)一步的探究搭建一個(gè)臺(tái)階，再引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，歸納出平行四邊形定則。 通過學(xué)生制作平行四邊形模型，探究合力與分力的大小關(guān)系，加深對平行四邊形定則的認(rèn)識(shí)，完成對“泗水拔鼎”等實(shí)際問題的解釋。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生的參與和親身體驗(yàn)，在學(xué)習(xí)過程中感受等效等思想方法，通過對簡單實(shí)際問題的研究，知道力的合成在實(shí)際中的應(yīng)用，從而自覺聯(lián)系生活、生產(chǎn)和科技實(shí)際，激發(fā)求知欲望和研究周圍事物的興趣。 二、教學(xué)目標(biāo) 1、知識(shí)和技能 （1）知道合力與分力。 （2）知道共點(diǎn)力，理解共點(diǎn)力的合成。 （3）會(huì)用平行四邊形定則求共點(diǎn)力的合力。 （4）會(huì)用計(jì)算法求相互垂直二力的合力。 2、過程和方法 （1）通過模擬“泗水拔鼎”情景，用一個(gè)力等效地替代兩個(gè)力，在建立合力與分力，力的合成與分解等概念的過程中，感受等效替代這一物理方法。 （2）通過DIS實(shí)驗(yàn)演示，猜想互成角度二力合成的規(guī)律，再利用學(xué)生實(shí)驗(yàn)探索研究，最終獲得力合成的平行四邊形定則的過程，認(rèn)識(shí)探究物理規(guī)律的基本環(huán)節(jié)：猜想→實(shí)驗(yàn)→結(jié)論。 （3）通過學(xué)生自制平行四邊形模型的過程，感受物理實(shí)驗(yàn)在解決具體問題中的作用。 3、情感、態(tài)度和價(jià)值觀 （1）通過參與“泗水拔鼎”活動(dòng)，提高興趣，感悟生活中處處有物理，激發(fā)探究的興趣和學(xué)習(xí)的熱情。 （2）通過小組協(xié)作完成實(shí)驗(yàn)探究和實(shí)驗(yàn)結(jié)果的分析與互評，激發(fā)團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度。 三、教學(xué)重點(diǎn)和難點(diǎn) 探究并理解力的平行四邊形定則。 四、學(xué)習(xí)資源 1、學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材 (每兩人一套，共26套):。 （1）畫圖板、橡皮筋、彈簧秤(2個(gè))、三角尺、白紙、繩套、鉛筆。（裝置參考教材例圖） （2）拴兩根線的200g鉤碼。 （3）自制平行四邊形模型（如圖1）。5條塑料片、4對小螺絲、螺帽。（材料可有學(xué)生自備，參考教材例圖） 2、演示實(shí)驗(yàn)器材 （1）30kg的杠鈴片和兩根長繩。 （2）DIS實(shí)驗(yàn)裝置（如圖2）：數(shù)據(jù)采集器、兩個(gè)力傳感器固定在力合成演示儀上、鉤碼； 3、自制powerpoint幻燈片 五、教學(xué)設(shè)計(jì)思路 本設(shè)計(jì)包括共點(diǎn)力和力的合成兩部分內(nèi)容。 本設(shè)計(jì)的基本思路是：借境激疑→實(shí)驗(yàn)探究→實(shí)際運(yùn)用。即借“泗水拔鼎”故事之景，建立共點(diǎn)力的概念，引出等效概念和力的合成問題；通過DIS實(shí)驗(yàn)演示和學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究，歸納得出平行四邊形定則；通過學(xué)生制作平行四邊形模型深化對力的合成的理解。 本設(shè)計(jì)要突出的重點(diǎn)和要突破難點(diǎn)是：探究并理解力的平行四邊形定則。方法是：借“泗水拔鼎”故事之景，讓學(xué)生通過模擬“拔鼎”（即提杠鈴片）的游戲，提出“共點(diǎn)力”、“合力和分力”、“力的合成與分解”的概念，感悟等效思想；通過用DIS實(shí)驗(yàn)演示相互垂直的二力合成，并提供多組數(shù)據(jù)為學(xué)生的猜想提供幫助；進(jìn)而引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究，歸納得出平行四邊形定則，從而突出重點(diǎn)，并突破難點(diǎn)。 本設(shè)計(jì)強(qiáng)調(diào)學(xué)生自主探究和親身感受，重視概念、規(guī)律的形成過程以及伴隨這一過程的科學(xué)方法的教育，重視學(xué)生合作意識(shí)、團(tuán)隊(duì)協(xié)作精神和實(shí)事求是的科學(xué)態(tài)度的培養(yǎng)。 完成本設(shè)計(jì)的內(nèi)容約需2課時(shí)。 六、教學(xué)流程 1、教學(xué)流程圖 活動(dòng)Ⅳ 自制 模型 活動(dòng)III 分析 解釋 平行四邊形定則 合力范圍 求 合力 情景I DIS演示 實(shí)驗(yàn) 活動(dòng)I 模擬 “拔鼎” 合力 分力 活動(dòng)II 學(xué)生 實(shí)驗(yàn) 等效 替代 合成分解 問題I 設(shè)問 共點(diǎn)力 2、教學(xué)流程說明 活動(dòng)Ⅰ 模擬“拔鼎” 模擬“泗水拔鼎”的讓多組學(xué)生參與提杠鈴片，引起對“泗水拔鼎”失敗原因的思考，不同的人提起杠鈴片的效果是相同的，提出“共點(diǎn)力”、“合力和分力”、“力的合成與分解”的概念。 問題Ⅰ 設(shè)問 在肯定提起杠鈴片的效果相同的同時(shí)，觀察不同組別在提杠鈴片時(shí)的差異，設(shè)問：合力與互成角度的兩個(gè)分力間有什么關(guān)系？ 情景Ⅰ DIS演示實(shí)驗(yàn) 在學(xué)生親身體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，直接猜想兩共點(diǎn)分力與合力的關(guān)系，對學(xué)生來說難度很大。為此教師用DIS實(shí)驗(yàn)，演示相互垂直的二力合成，提供多組數(shù)據(jù)為學(xué)生的猜想提供幫助，為進(jìn)一步的探究鋪設(shè)臺(tái)階。 活動(dòng)Ⅱ 學(xué)生實(shí)驗(yàn) 在猜想的基礎(chǔ)上，通過學(xué)生實(shí)驗(yàn)進(jìn)一步探究，加以驗(yàn)證，最后歸納得出平行四邊形定則。 活動(dòng)Ⅲ 分析、解釋 完成對本節(jié)課開始的疑問“泗水拔鼎”等實(shí)際問題的解釋，并通過練習(xí)初步會(huì)用圖示法和計(jì)算法求合力。 活動(dòng)Ⅳ 自制模型 通過學(xué)生自制平行四邊形模型，探究合力與分力的大小關(guān)系，加深對平行四邊形定則的認(rèn)識(shí)，此部分可根據(jù)實(shí)際情況，加以調(diào)控。若時(shí)間緊張可作為作業(yè)，在課后進(jìn)行。 3、教學(xué)主要環(huán)節(jié) 本設(shè)計(jì)可分為三個(gè)主要的教學(xué)環(huán)節(jié)： 第一環(huán)節(jié)，情景導(dǎo)入，借境激疑。從教材“泗水拔鼎”故事情景入手，讓學(xué)生在模擬“拔鼎”（即提杠鈴片）的游戲提出問題，感悟等效思想，弄清“合力和分力”、“合成與分解”概念。 第二環(huán)節(jié)，實(shí)驗(yàn)探究，尋求規(guī)律。在學(xué)生親身體驗(yàn)的基礎(chǔ)上，用實(shí)驗(yàn)的方法探究兩個(gè)共點(diǎn)的分力與合力的關(guān)系。教師通過DIS實(shí)驗(yàn)演示，為學(xué)生進(jìn)一步的探究搭建一個(gè)臺(tái)階，再引導(dǎo)學(xué)生通過實(shí)驗(yàn)探究尋求結(jié)論。 第三環(huán)節(jié)，自主活動(dòng)，運(yùn)用規(guī)律。讓學(xué)生制作平行四邊形模型，進(jìn)而探究合力與分力的大小關(guān)系，加深對平行四邊形定則的認(rèn)識(shí)，完成對“泗水拔鼎”等實(shí)際問題的解釋。 七、教案示例 （一）情景導(dǎo)入，借境激疑 情景 用powerpoint幻燈片顯示漢代石刻畫像“泗水拔鼎”情景，配《水經(jīng)注?泗水》文字記載。疑問：拔鼎真的如此困難嗎？ 耳聽為虛，眼見為實(shí)，請同學(xué)們自己來試一試！模擬“泗水拔鼎”情景：在中間走廊里放一只大水桶，桶中放著一個(gè)30千克的杠鈴片，將其系在一根長長的繩子中間，地上事先畫出兩條紅線代表河岸。 學(xué)生活動(dòng) (1)請兩個(gè)子較大的男生自告奮勇，站在紅線外費(fèi)很大勁沒有拉起杠鈴片(力圖示見圖一)，成功模擬了“泗水拔鼎”情景，“為什么拔不起來呢？”的疑問會(huì)在同學(xué)們心中產(chǎn)生。真的沒有辦法提起來嗎？ （2）再請兩位女同學(xué)也來試試。鼓勵(lì)女同學(xué)勇敢上來接受挑戰(zhàn)，提醒并允許她們站到河中試試，她們縮短繩子提起杠鈴片(力圖示見圖二)，同學(xué)們都為她倆叫好。 （3）要想一個(gè)人提起杠鈴片行嗎?再請第一次上來過的一個(gè)男同學(xué)將杠鈴片豎直向上提起(力圖示見圖三)。 F1 F2 圖一 F 圖三 F1 F2 圖二 （powerpoint幻燈片顯示三次“拔鼎”的力的圖示） 觀察了三組同學(xué)“拔鼎”過程，每位同學(xué)也可模擬上述三圖情景拉桌上鉤碼進(jìn)一步加以體驗(yàn)，每位同學(xué)不斷變換兩拉力的夾角，用手指感覺力的大小。 經(jīng)過這一系列活動(dòng)后，提示同學(xué)注意：上述“拔鼎”的兩個(gè)力雖然沒有作用于杠鈴片上的同一點(diǎn)，但它們的作用線卻相交于同一點(diǎn)。物理學(xué)中稱 板書 作用于物體上的同一點(diǎn)，或者力的作用線可以交于一點(diǎn)的力稱為共點(diǎn)力 教師接著問同學(xué)還有什么想法和問題？ 同學(xué)們相互交流感受與想法：一個(gè)力可以產(chǎn)生與兩個(gè)力共同作用時(shí)一樣的效果。 引入課題：其實(shí)很多情況下，存在幾個(gè)力同時(shí)作用在一個(gè)物體上的情況，我們很想了解怎樣用一個(gè)力等效地替代這些力共同作用的效果，物理上稱這一過程為“力的合成”。 F2 F1 F 等效替代 圖四 板書 力的合成 兩個(gè)力拉杠鈴片可用一個(gè)力拉來 替代，因?yàn)樗鼈冏饔眯Ч嗤? powerpoint幻燈片顯示（如圖四所示）。 板書 1．合力與分力 powerpoint幻燈片顯示小結(jié)：幾個(gè)力的作用效果與一個(gè)力的作用效果相同，這一個(gè)力就等效為那幾個(gè)力的合力，那幾個(gè)力就可看作這一個(gè)力的分力。 提問：若用兩個(gè)彈簧秤拉畫圖板上橡皮筋，如何用一個(gè)彈簧秤完成等效替代?請同學(xué)們邊做邊尋找答案。 學(xué)生活動(dòng)：兩個(gè)學(xué)生做一套實(shí)驗(yàn)，有許多組配合好，一同學(xué)拉兩彈簧秤，另一同學(xué)就記下橡皮筋結(jié)點(diǎn)所到位置，而后用一彈簧秤將橡皮筋拉到該位置來等效替代。也有許多組不知如何等效替代，在教師輔導(dǎo)下完成。 強(qiáng)調(diào)合力與分力作用的等效性，若作用效果不一樣不能盲目替代。 板書 2．力的合成與分解 powerpoint幻燈片我們把求幾個(gè)力的合力的方法叫做力的合成，而把一個(gè)力分解成幾個(gè)分力的方法叫做力的分解。 （二）實(shí)驗(yàn)探究，尋求規(guī)律 兩個(gè)共點(diǎn)的分力與合力之間有什么樣的關(guān)系呢?（可結(jié)合“泗水拔鼎”的模擬過程和前面學(xué)生的提出的問題，提出此問題） 板書 3．研究共點(diǎn)的兩力與合力的關(guān)系 請同學(xué)們在畫圖板上用彈簧秤拉橡皮筋，觀察合力與分力的關(guān)系，提出你們的猜想和實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證的方法。兩人一組，相互配合用彈簧秤拉橡皮筋，大多學(xué)生都記下合力大小及不同組分力的大小在比較研究，大多猜想集中在分力之和大于合力等力的數(shù)值關(guān)系；也有提出分力夾角越大，合力越小的定性結(jié)論。 請大家看DIS實(shí)驗(yàn)演示，從數(shù)據(jù)中是否有所啟發(fā)? DIS實(shí)驗(yàn)演示：掛同一重物，改變兩個(gè)分力的方向，但保持兩分力夾角為90度，記錄幾組兩分力大小的數(shù)據(jù)，發(fā)現(xiàn)兩分力的平方和不變，引導(dǎo)學(xué)生猜想分力與合力的關(guān)系。 學(xué)生猜想：從數(shù)據(jù)看好像滿足勾股定理。 教師提示：請大家注意力是矢量，不僅有大小還有方向性，我們可以用力的圖示來表示力的大小和方向，下面畫出合力與分力的圖圖示，感覺一下看看有沒有新的發(fā)現(xiàn)。 教師板書演作圖過程，學(xué)生一起動(dòng)手作力的圖示，尋找力的合成的規(guī)律。 部分學(xué)生提出：合力好像是以兩個(gè)分力作平行四邊形后的對角線。（有此猜想的學(xué)生只是一部分。） 下面我們就用桌上器材再做實(shí)驗(yàn)，畫出兩個(gè)分力與合力的圖示，找找看是否真有這樣的關(guān)系。 學(xué)生實(shí)驗(yàn)：學(xué)生利用實(shí)驗(yàn)桌上的器材進(jìn)行實(shí)驗(yàn)(約10分鐘)。 powerpoint幻燈片顯示實(shí)驗(yàn)步驟，并強(qiáng)調(diào)分力與合力間的等效性。在班中巡視，進(jìn)行個(gè)別輔導(dǎo)和答疑，選擇具有代表性的投影出來全班交流評價(jià)： (1)對角線與合力相差不大的，受到大家認(rèn)同。 (2)對角線與合力偏離較大，大家一起找原因。 (3)對角線與合力完全重合的，大家提出質(zhì)疑，當(dāng)場發(fā)現(xiàn)有問題，嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度受到認(rèn)同； 學(xué)生找到規(guī)律，總結(jié)出力的平行四邊形定則 板書 4.平行四邊形定則 powerpoint幻燈片平行四邊形定則：如果用表示兩個(gè)共點(diǎn)力F1和F2的線段為鄰邊作平行四邊形，那么合力F的大小和方向就可以用F1，F(xiàn)2所夾的對角線來表示。 （三）自主活動(dòng)，運(yùn)用規(guī)律 （1）對“泗水拔鼎”問題進(jìn)行解釋。 (2) 共同完成P52訓(xùn)練與應(yīng)用中的第（2）、（4），初步會(huì)用圖示法和計(jì)算法求合力。 自主活動(dòng)：兩人一組合作，用桌上的膠木片、螺絲、螺帽制作一個(gè)平行四邊形模型，并運(yùn)用平行四邊形模型感悟：分力間夾角從0度——180度變化時(shí)，合力的方向和大小的改變。 學(xué)生在制作和研究平行四邊形模型過程中結(jié)束本課學(xué)習(xí)。繼續(xù)制作平行四邊形演示儀，標(biāo)上刻度，體會(huì)分力與合力均關(guān)系。 （四）作業(yè)布置，鞏固提高 （1）請大家分組討論當(dāng)分力大小一定時(shí)，隨分力間夾角變化合力大小的變化關(guān)系，并找出合力的范圍。 （2）完成適量訓(xùn)練與應(yīng)用題，并思考求解合力各種方法的優(yōu)劣？