步國平

本文通過《力的合成》一課的教學設計充分體現(xiàn)了物理新課程的理念，將復雜的物理知識和思想以形象直觀的方式進行了展示，該教學設計在實踐中取得了較好的效果。

一、設計理念

通過本節(jié)教學，不僅要讓學生學到基礎的物理知識與技能，還要讓學生體驗科學探究的過程，注重知識的形成過程和對知識的真正理解；通過探究過程，讓學生了解科學研究方法，培養(yǎng)創(chuàng)新意識和實驗能力；關注每位學生的發(fā)展，培養(yǎng)他們探索自然、理解自然的興趣與熱情。

二、教材分析、學生分析及教學處理

“平行四邊形定則”是矢量運算的普遍法則，學習它不但是研究力的合成與分解的需要，也是為以后學習速度的變化等矢量運算做好準備，但矢量的運算法則對初學者來說是很難跨越的一個臺階，為此可關注以下幾點：

1、對于本節(jié)教學，改變了過去一貫采用的“驗證性”實驗教學方式，而是采用“探究性”實驗教學，讓學生在自己原有“同一直線上兩個力的合成”的知識基礎上，通過“猜測、實驗、歸納、總結”的探究過程，自己得出“不在同一直線上的兩個力的合成”所遵循的“平行四邊形定則”，并讓學生在此過程中體會“實驗歸納法”。

2、學生對矢量的認識還很膚淺，但只要老師引導得當，注重分析貼近學生生活的實際問題，就目前學生的知識水平而言，教學活動應該會比較順暢，學生各方面的能力也可以得到培養(yǎng)。

3、教材在第一章第2節(jié)中已經(jīng)設置了一個“思考與討論”欄目，讓學生通過對兩段互成角度的位移的合成，體驗矢量相加的“三角形定則”，雖未提到“平行四邊形定則”，但已為后面有關矢量合成的研究埋下了伏筆。所以在本節(jié)課中，應該加以充分利用，使學生在學習過程中體會到水到渠成之感。

4、力的合成規(guī)律的探究過程依據(jù)的是“等效替代”思想，學生只有領悟了這一思想，才有可能以它為指導思想真正理解“平行四邊形定則”，才有可能靈活應用它。

5、利用實驗探究的方法來得到平行四邊形定則，既可以培養(yǎng)學生進行實驗探究的能力，也可以培養(yǎng)學生勇于探索的精神。學生經(jīng)過這一過程，在一定程度上也提高了運用知識的能力。

三、教學目標

（一）知識與技能

1、理解合力與分力的概念，知道什么是力的合成。

2、掌握力的“平行四邊形定則”，會用作圖法求兩個共點力的合力。

3、會定性分析合力隨兩個分力夾角的變化情況，掌握合力的變化范圍。

4、知道共點力的概念，會計算在同一直線上的幾個力的合力，會用直角三角形知識計算兩個力的合力。

5、能區(qū)分矢量與標量，能用力的合成分析日常生活中的問題。

（二）過程與方法

1、采用日常生活中“等效替代”思想來理解合力與分力的概念，并在這一思想的指導下，通過實驗探究去體驗“力的平行四邊形定則”的發(fā)現(xiàn)過程。

2、采用實驗探究的學習方式，通過獨立思考與分組討論等過程，培養(yǎng)學生設計實驗、動手操作、觀察實驗現(xiàn)象的能力，以及分析、綜合、歸納的能力。

3、通過課堂實驗的設計及操作過程，培養(yǎng)學生利用現(xiàn)有器材設計實驗的能力。

（三）情感、態(tài)度與價值觀

1、通過實驗探究過程，激發(fā)學生的學習興趣，發(fā)揮學生的積極性、主動性和創(chuàng)造性。

2、通過力的合成的研究與規(guī)律的發(fā)現(xiàn)，培養(yǎng)學生嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，逐步養(yǎng)成用科學方法與科學知識理解和解決實際問題的習慣，提高學生的科學素養(yǎng)。

3、通過分組實驗，培養(yǎng)學生合作、交流的能力與團結協(xié)作的精神。

四、教學重、難點

（一）重點

滲透“等效替代”的物理思想，促使力的平行四邊形定則的發(fā)現(xiàn)與深刻的理解。

（二）難點

①實驗的設計；

②平行四邊形關系的發(fā)現(xiàn)；

③從“代數(shù)和”到“矢量和”的跨越；

④對合力與分力間的“等效替代”關系的真正理解與靈活運用。

五、教學器材

木板1塊、白紙1張、圖釘5枚、細繩2根(兩端做好套)、滑輪一組、勾碼一組、鉛筆1只、三角尺1~2把。

六、教學過程設計

（一） 引入新課

前面，我們已學習了物體間相互作用的各種表現(xiàn)，如重力、彈力、摩擦力，也知道了如何對物體進行受力分析。那么，當物體的受力情況比較復雜時，是否存在簡化問題的科學方法和途徑呢?現(xiàn)在就來探究這個問題。

（二）進行新課

1、創(chuàng)設情境、引出課題

圖1、圖2、圖3展示了日常生活中“等效代替”的思想。

提出問題

(1)物體被施加了幾個力的作用后，能用一個力來替代它嗎?

(2)怎樣替代?替代的前提是什么?

設計說明：引出“等效替代”的思想，是發(fā)現(xiàn)力的合成法則的前提，是至關重要的環(huán)節(jié)。如果這一環(huán)節(jié)做得不到位，即使“完成”了后面的教學，學生對為什么要進行力的合成，為什么可以進行力的合成，怎樣進行力的合成等問題的理解都是模糊的。所以，“等效”思想需反復強調(diào)，以使之深入人心。

板書

如果一個力作用在物體上產(chǎn)生的效果跟幾個力共同作用在該物體上產(chǎn)生的效果相同，這個力就叫做那幾個力的合力(resultant force)，而那幾個力就叫做這個力的分力(components of force)。

2、實驗論證、探究課題

設置陷阱

在圖1中，如果兩個小孩施加在水桶上的力都是200玁，那么一個大人需要施加多大的力才能等效替代?

一般回答：400玁！

可能回答：小于400N(一般是已預習過的學生或是參加競賽的學生)！

教師質(zhì)疑：你怎么知道?有科學依據(jù)嗎?……憑直覺得出結論，像亞里士多德那樣嗎?……若是伽利略會怎么做？

學生回答：做實驗。

設計說明：在“伽利略對自由落體運動的研究”一節(jié)中曾介紹了伽利略的科學研究方法，在課堂教學中，只要有機會，就應當進一步滲透這些研究方法，以培養(yǎng)學生在嚴謹?shù)目茖W態(tài)度下能夠養(yǎng)成良好的思維習慣，并提高他們的實踐能力與科學素養(yǎng)。

探究過程 (分四人小組進行)

教師活動：給出實驗的基本思路(如圖4所示)，并強調(diào)如何表示力。

設計說明：這個問題的提出可以強化學生對矢量與標量有本質(zhì)區(qū)別的認識，還可以產(chǎn)生“懸念”，學生急于想知道：兩力的合成究竟應怎樣進行?有了懸疑，就會激發(fā)學生的求知欲，就會產(chǎn)生探求真知的強大動力。這一“懸念”的創(chuàng)設在學生的大腦里立即會產(chǎn)生撞擊，思維被迅速地激活了，學生的求知欲望油然而生。在充分發(fā)揮學生主動性的同時也提高了課堂效率。

交流和合作

老師引導：怎樣驗證?是把三個力的箭頭連線起來確定是否平行四邊形嗎?這樣做存在什么問題?(由于實驗存在誤差，很難確認所畫四邊形就是平行四邊形?？上雀鶕?jù)兩個分力畫出平行四邊形，再將其對角線與合力進行對比，看是否重合或偏差有多大，是否是在誤差允許的范圍內(nèi)，是否可以被看作是一個平行四邊形。)

分組活動：各自畫圖進行驗證……(要求三力畫實線、輔助線畫虛線)。

綜合分析程序：

①讓某小組匯報自己的探究結果(提倡學生上講臺利用實物投影進行解說)，對比在夾角接近的情況下結果有什么相似之處和區(qū)別，分析存在的一些問題。

②再讓其他組匯報，對比在夾角相差較大的情況下結果有什么相似之處和區(qū)別，分析存在的一些問題。

設計說明：通過提示的方式，使學生發(fā)現(xiàn)規(guī)律，既能發(fā)揮教師的引導作用，又能充分發(fā)揮學生的主動思維，養(yǎng)成良好的思維習慣，培養(yǎng)嚴謹?shù)目茖W態(tài)度，提高實踐能力。

歸納結論

板書

力的合成法則——平行四邊形定則——三角形定則

3、歸納、總結、運用課題

（1）適用條件

是否任何情況下，物體所受各力都可合成。(學生通過閱讀教材P63有關內(nèi)容，了解了共點力概念，知道力的合成法則適用于共點力問題)

（2）動態(tài)分析

教師提問：當兩個分力的大小一定，而夾角變大或變小時，合力大小會怎樣變化?

其變化范圍是怎樣的?

要求學生按圖5要求作圖(F₁=F₂)

設計說明：通過三組力的合成問題的分析，再一次強化力的合成中涉及的“等效替代”思想，這樣既可以加深對力的合成規(guī)律的理解，也有利于學生對物理學的重要研究方法——等效思維方法的領悟。

得出結論

夾角越小，合力越大。當夾角為0°時，合力有最大值F_max=｜F₁+F₂｜。

夾角越大，合力越小。當夾角為180°時，合力有最小值F_min=｜F₁-F₂｜。

這個表達式能否連在一起？

板書

｜F₁-F₂｜≤F≤｜F₁+F₂｜

結束語：這節(jié)課我們通過對共點力合成的科學探究過程，體會到了“等效思維方法”在科學研究中的魅力，同時還體驗了類似于伽利略式的科學研究過程。希望同學們能養(yǎng)成科學意識，重視科學研究方法，在將來的學習和工作中能有所建樹。

（三）課堂小結

通過這節(jié)課的學習，我們發(fā)現(xiàn)力的合成一般不能象標量那樣可以用簡單的“加減法”進行運算(同一直線上的力的合成除外)。通過探究，我們發(fā)現(xiàn)力的合成要按“平行四邊形定則”或“三角形定則”進行。其實，這一運算法則也是所有矢量運算的普遍法則，因此大家要重視理解，學以致用。

（四）承前啟后的問題

實驗演示：一根細繩能豎直掛起一個重物；用兩根同樣質(zhì)地的細繩代替它，并逐漸增大夾角……，當夾角達到一定大小時，繩斷。

課后思考：為什么繩斷？是兩根繩子不如一根繩子嗎？是長的先斷還是短的先斷？為什么？課外研究一下。

設計說明：通過這一小實驗，再一次讓學生感悟到合力不一定比分力大，合力的大小跟兩個分力的夾角大小有密切的關系。同時，也為下一節(jié)“力的分解”預設了一個值得研究的題材。

七、板書設計 （略）

八、布置課后練習 （略）

(欄目編輯鄧 磊)