探究合力和分力的关系--教学设计

一、教学任务分析

力的合成是在学习了生活中常见的力之后，从等效的角度对两个力作用效果所遵循规律的深入探究。力的合成和分解是解决力学问题的一个重要方法，是以后学习牛顿运动定律的基础之一，也是中学阶段其他矢量运算的基础。力的合成和分解是本章教学的重点。

学习本节内容需要的知识有：力的矢量性、力的三要素、力的图示和等效的思想方法。 从教材“泗水拔鼎”故事情景入手，让学生通过模拟“拔鼎”（即提杠铃片）的游戏提出问题，感悟等效思想，直观感受“合力与分力”、“共点力”、“合成与分解”等概念。

从“双绳提砝码”演示实验，创设问题情境。在学生亲身体验的基础上，教师从如何记录力的作用位置、大小、方向等，为学生进一步的探究搭建一个台阶，再引导学生通过实验探究、归纳验证平行四边形定则。

完成对“泗水拔鼎” “双绳提砝码”等实际问题的解释。通过实践研究“吊床问题”，进一步探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识。

本设计强调学生的参与和亲身体验，在学习过程中感受等效等思想方法，通过对简单实际问题的研究，知道力的合成在实际中的应用，从而自觉联系生活、生产和科技实际，激发求知欲望和研究周围事物的兴趣。 二、教学目标

1、知识和技能 （1）知道合力与分力。

（2）知道共点力，理解共点力的合成。 （3）会用平行四边形定则求共点力的合力。 （4）会用计算法求相互垂直二力的合力。 2、过程和方法

（1）通过模拟“泗水拔鼎”情景，用一个力等效地替代两个力，在回忆巩固合力与分力，力的合成与分解等概念的过程中，感受等效替代这一物理方法。

（2）通过“双绳提砝码”演示实验，创设问题情境。通过画出的合力分力力的图示，猜想互成角度二力合成的几何规律，再实验探索研究，最终归纳验证力的平行四边形定则的过程，认识探究物理规律的基本环节：猜想→实验→结论。

（3）通过实践研究“吊床问题”的过程，感受物理实验在解决具体问题中的作用。 3、情感、态度和价值观

（1）通过参与“泗水拔鼎”活动和实践研究“吊床问题”，提高兴趣，感悟生活中处处有物理，激发探究的兴趣和学习的热情。

（2）通过小组协作完成实验探究和实验结果的分析与互评，激发团队协作精神和实事求是的科学态度。 三、教学重点和难点

探究并理解力的平行四边形定则。

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四、学习资源

1、学生实验器材 (每两人一套，共24套):。

画图板、橡皮筋、弹簧秤(2个)、三角尺、白纸、绳套、铅笔等。 2、演示实验器材

（1）30kg的杠铃片（或者其他重物）和两根长绳。

（2）两只演示用弹簧秤，200克砝码（或钩码），细”纸”绳，棉绳，轻质细弹簧，铷磁铁等。 3、自制powerpoint幻灯片 五、教学设计思路

本设计包括共点力和力的合成两部分内容。

本设计的基本思路是：借境激疑→实验探究→实际运用。即借“泗水拔鼎”故事之景，回忆巩固共点力的概念，引出等效概念和力的合成分解问题。从“双绳提砝码”演示实验，创设问题情境，通过画出的合力分力力的图示，猜想互成角度二力合成的几何规律。再实验探索，最终归纳验证力的平行四边形定则。通过实践研究“吊床问题”，进一步探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识，完成对“泗水拔鼎” “双绳提砝码”等实际问题的解释。

本设计要突出的重点和要突破难点是：探究验证并理解力的平行四边形定则。

本设计强调学生自主探究和亲身感受，重视概念、规律的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育，重视学生合作意识、团队协作精神和实事求是的科学态度的培养。

完成本设计的内容需1课时。 六、教学流程

1、教学流程图 2、教学流程说明 活动Ⅰ 模拟“拔鼎”

模拟“泗水拔鼎”的让多组学生参与提杠铃片，引起对“泗水拔鼎”失败原因的思考，不同的人提起杠铃片的效果是相同的，回忆巩固“共点力”、“合力和分力”、“力的合成与分解”的概念。 问题Ⅰ 设问

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平行四边形定则 活动III 分析 解释 活动Ⅳ 实践研究“吊床题” 加深力的平行四边形定则的认识 合成分解 活动I 共点力 合力 分力 问题I 设问 情景I 演示 实验 活动II 学生 实验 模拟 “拔鼎” 等效 替代 感受物理实验在解决具体问题中的作用 在肯定提起杠铃片的效果相同的同时，观察不同组别在提杠铃片时的差异，设问：合力与互成角度的两个分力间有什么关系？ 情景Ⅰ “双绳提砝码”演示实验

通过“双绳提砝码”演示实验，在学生亲身体验的基础上，创设问题情境。 活动Ⅱ 学生实验

在猜想的基础上，教师从如何记录力的作用位置、大小、方向等，为学生进一步的探究搭建一个台阶，通过学生实验进一步探究，加以验证，归纳得出平行四边形定则。 活动Ⅲ 分析、解释

完成对本节课“泗水拔鼎” “双绳提砝码”等实际问题的解释。 活动Ⅳ 实践研究“吊床问题”

通过实践研究“吊床问题”的过程，加深对平行四边形定则的认识，感受物理实验在解决具体问题中的作用。

3、教学主要环节 本设计可分为三个主要的教学环节：

第一环节，情景导入，借境激疑。从教材“泗水拔鼎”故事情景入手，让学生在模拟“拔鼎”（即提杠铃片）的游戏提出问题，感悟等效思想，回忆巩固“合力和分力”、“合成与分解”、“共点力”概念。

第二环节，实验探究，寻求规律。从“双绳提砝码”演示实验，创设问题情境。在学生亲身体验的基础上，教师从如何记录力的作用位置、大小、方向等，为学生进一步的探究搭建一个台阶，再引导学生通过实验探究、归纳验证平行四边形定则。

第三环节，自主活动，运用规律。完成对“泗水拔鼎” “双绳提砝码”等实际问题的解释。通过实践研究“吊床问题”，进一步探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识。 七、教案示例

（一）情景导入，借境激疑

情景 用powerpoint幻灯片显示汉代石刻画像“泗水拔鼎”情景，配《水经注•泗水》文字记载。疑问：拔鼎真的如此困难吗？

耳听为虚，眼见为实，请同学们自己来试一试！模拟“泗水拔鼎”情景：在中间走廊里放一只大水桶，桶中放着一个30千克的杠铃片，将其系在一根长长的绳子中间，地上事先画出两条红线代表河岸。

学生活动

(1)请两个子较大的男生自告奋勇，站在红线外费很大劲没有拉起杠铃片(力图示见图一)，成功模拟了“泗水拔鼎”情景，“为什么拔不起来呢？”的疑问会在同学们心中产生。真的没有办法提起来吗？

（2）再请两位女同学也来试试。鼓励女同学勇敢上来接受挑战，提醒并允许她们站到河中试试，她们缩短绳子提起杠铃片(力图示见图二)，同学们都为她俩叫好。

（3）要想一个人提起杠铃片行吗?再请第一次上来过的一个男同学将杠铃片竖直向上提起(力图示见图三)。

F1 F1 图一

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F2 图二

图三

F2 F （powerpoint幻灯片显示三次“拔鼎”的力的图示）

经过这一系列活动后，提示同学注意：上述“拔鼎”的两个力虽然没有作用于杠铃片上的同一点，但它们的作用线却相交于同一点。物理学中称共点力。

板书 作用于物体上的同一点，或者力的作用线可以交于一点的力称为共点力 教师接着问同学还有什么想法和问题？

同学们相互交流感受与想法：一个力可以产生与两个力共同作用时一样的效果。

引入课题：其实很多情况下，存在几个力同时作用在一个物体上的情况，我们很想了解怎样用一个力等效地替代这些力共同作用的效果，物理上称这一过程为“力的合成”。怎样用几个力共同作用等效地一个力的效果，物理上称这一过程为“力的分解”。

板书 力的合成和分解

两个力拉杠铃片可用一个力拉来 替代，因为它们作用效果相同。

F1 F2 等效替代 F powerpoint幻灯片显示（如图四所示）。

图四

设问：经验告诉我们，一个砝码可以用一根细线提起来，也可以用两根细线提起来，其效果完全一样。当一个物体受到几个力共同作用时，如果一个力作用在物体上产生的效果跟几个力共同作用在物体上产生的效果相同，这个力就叫做那几个力的合力，而那几个力就叫做这个力的分力。

板书 1．合力与分力

powerpoint幻灯片显示小结：几个力的作用效果与一个力的作用效果相同，这一个力就等效为那几个力的合力，那几个力就可看作这一个力的分力。

板书 2．力的合成与分解

powerpoint幻灯片我们把求几个力的合力的方法叫做力的合成，而把一个力分解成几个分力的方法叫做力的分解。

提问：若用两个弹簧秤拉画图板上橡皮筋，如何用一个弹簧秤完成等效替代? 请同学们边做边寻找答案。

学生活动：两个学生做一套实验，有许多组配合好，一同学拉两弹簧秤，另一同学就记下橡皮筋结点所到位置，而后用一弹簧秤将橡皮筋拉到该位置来等效替代。也有许多组不知如何等效替代，在教师辅导下完成。

强调合力与分力作用的等效性，若作用效果不一样不能盲目替代。

（二）实验探究，寻求规律 设问：合力与分力之间是什么样的关系？如果两个同学施加在水桶上的力都是200N，那么一个同学需要施加多大的力才能等效替代？ （一般回答：400N；可能回答：小于400N

质疑：你怎么知道？有科学依据吗？凭直觉得出结论，像亚里士多德了吧？若是伽利略会怎么做！做实验！

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（在“伽利略对自由落体运动的研究”一节中曾介绍了伽利略的科学研究方法，在课堂教学中，只要有机会，就应当进一步渗透这些研究方法，以培养学生严谨的科学态度，养成良好的思维习惯，提高实践能力与科学素养。）

演示实验：用两只演示用弹簧秤提起钩码，让两个提钩码的弹簧秤有一定的夹角……

学生发现：合力大小不等于分力大小之和，而且随着两个分力的夹角增大，两个分力的大小之和与合力大小的差距越来越大！——这是为什么？

问题情境创设——“双绳提砝码”演示实验

取一个质量较大的砝码放在桌面上，要用细线把它提起来，用一根线易断还是两根线易断？ 预测：学生可能回答是一根线易断。

实验演示：用一根细线可将砝码稳稳地提起，而用两根同样的细线(故意使两线间有一较大夹角)提砝码时，细线断开了．

教师问：为什么两根线的作用效果反而不如一根线呢？

说明：这一“悬念”的创设在学生的大脑里立即产生了撞击，思维被迅速地激活，学生 的求知欲望油然而升。

设问：合力与分力的大小有什么关系？是不是简单的代数和的关系？

预测：合力大小比每个分力大小都大？

合力大小等于两分力大小之和？ 合力大小总小于两分力大小之和？ 合力和两分力的关系构成平行四边形？ 合力为其中一条对角线？ ······

教师：今天我们要通过实验来研究这个问题。 板书 3．研究两个共点的两力与合力的关系

请同学们在画图板上用弹簧秤拉橡皮筋，观察合力与分力的关系，提出你们的猜想和实验验证的方法。两人一组，相互配合用弹簧秤拉橡皮筋，大多学生都记下合力大小及不同组分力的大小在比较研究，大多猜想集中在分力之和大于合力等力的数值关系；也有提出分力夹角越大，合力越小的定性结论。

教师提示：请大家注意力是矢量，不仅有大小还有方向性，我们可以用力的图示来表示力的大小和方向。下面通过实验画出合力与分力的图示，感觉一下看看有没有新的发现。

学生实验：学生利用实验桌上的器材进行实验(约10分钟)。

教师板书演作演示过程，学生一起动手作力的图示，寻找力的合成的规律。

部分学生提出：合力好像是以两个分力作平行四边形后的对角线。（有此猜想的学生只是一部分。）

下面我们以分力做邻边，画出平行四边形的对角线，找找看是否真有这样的关系。

powerpoint幻灯片显示实验步骤，并强调分力与合力间的等效性。在班中巡视，进行个别辅

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导和答疑，选择具有代表性的投影出来全班交流评价：

(1)对角线与合力相差不大的，受到大家认同。 (2)对角线与合力偏离较大，大家一起找原因。

(3)对角线与合力完全重合的，大家提出质疑，当场发现有问题，严谨的科学态度受到认同； 学生找到规律，总结出力的平行四边形定则

(4)各个小组实验时，力的大小和方向都各不相同，都能大致得到这样一个结论，说明有一定的普遍性。

板书 4.平行四边形定则

powerpoint幻灯片平行四边形定则：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F1，F2所夹的对角线来表示。 （三）自主活动，运用规律

（1）对“泗水拔鼎” “双绳提砝码”问题进行解释。

（2）通过实践研究“吊床问题”，进一步探究合力与分力的大小关系，加深对平行四边形定则的认识。

（四）作业布置，巩固提高

（五）结束语：好，这节课我们通过对共点力合成的科学探究过程，体会到了“等效思维方法”在科学研究中的魅力，同时还体验了类似于伽利略式的科学研究过程。希望同学们能养成科学意识，重视科学研究方法，在将来的学习和工作中能有所建树。

七、板书设计 （留在黑板上不擦） 板书 力的合成

板书 1．合力与分力 板书 2．力的合成与分解

板书 3．研究两个共点的两力与合力的关系 板书 4.平行四边形定则

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