人教版 (2019)必修 第一册4 力的合成和分解第一课时教案

这是一份人教版 (2019)必修 第一册4 力的合成和分解第一课时教案，共12页。教案主要包含了教学理念，教材分析，学情分析，教学目标与核心素养，教学重难点，教学方法，教学用具，教学流程等内容，欢迎下载使用。
一、教学理念
高中物理新课程标准是现代高中物理教学的规范，在实施该标准的过程中，应不断探索新的教学理念,充分发挥教师的主导作用和学生的主体作用，改革教学模式，进行启发式教学，培养学生的物理学科核心素养、满足学生终生发展需求，注重课程的时代性，关注科技进步和社会发展需求。为了更好地激发学生学习的兴趣，将实施多样化教学，将物理知识与生活紧密联系，从生活走进物理，再由物理解释生活现象的方式进行教学，引导学生的自主创新和探究。
二、教材分析
《力的合成与分解》是人教版（2019版）必修第一册第三章第4节的内容，本节包括合力和分力、力的合成和分解、矢量和标量三个方面的知识点。本节利用等效思想提出合力分力的概念，并经过实验探究推理归纳出矢量运算普遍遵守的法则——平行四边形定则，使学生对矢量和标量认识更加深刻。平行四边形定则。为后续的学习具有重要影响，具有承上启下的作用。是高中物理的重要内容，是物理知识体系中有方法、可迁移、应用广泛的内容。
三、学情分析
这个阶段的学生处于高一阶段，他们已经有了初步的观察思考能力、实验探究能力、分析解决问题能力和归纳总结能力，但总容易忽略一些细节内容。在初中阶段，学生已经接触过求沿同一直线作用的两个力的合力的方法，在第一章时也学习过位移的矢量合成。但矢量运算的法则完全不同于算术运算法则，从思维方式上学生较难理解平行四边形定则。因此在教学中我们要善于在真实情境中让学生感受感知结论背后的含义，引导学生正确认识知识本质。
四、教学目标与核心素养
（一）物理观念
知道合力与分力的概念；了解力的合成；学会使用平行四边形定则进行受力分析，并运用其分析日常生活中的受力问题。
（二）科学思维
通过对合力、分力概念的探究，培养运用等效替代法分析解决实际问题的能力。
（三）科学探究
通过实验探究，得出力的合成和力的分解遵从的法则——平行四边形定则；培养设计实验、观察实验现象、探索规律、归纳总结的研究问题的方法的能力。
（四）科学态度与责任
通过力的合成和分解的学习，感受对立统一的观点在物理学中的意义；通过实验培养良好的观察习惯和严谨求实的科学精神。
五、教学重难点
（一）重点
1.合力与分力的关系。
2.力的平行四边形定则的理解与运用。
（二）难点
1.运用等效替代思想理解合力与分力的概念。
2.力的平行四边形定则的理解与运用。
六、教学方法
（一）教法
讲授法、直观演示法、情景教学法、讨论法
（二）学法
自主探究法、交流合作法、学练结合法
七、教学用具
弹簧测力计、细绳、三角板、直尺、橡皮筋、多媒体等
八、教学流程
（一）新课引入
蜘蛛结网：如果蜘蛛网上的一根丝断了，网会倒向哪边？
学生回答（预设）：会向断开的另一端的倒。
简化模型：一个静止的物体，在某平面上受到 5 个力作用，你能判断它将向哪个方向运动吗？
如果我们能找到一种方法，即“用一个力的单独作用替代两个力的共同作用，而效果不变”，上述问题就迎刃而解了。你觉得这个力和被替代的两个力会有怎样的关系呢？
（二）讲授新课
1.合力与分力
定义共点：几个力如果都作用在物体的同一点上，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。
生活提桶：两位女生共同提水桶，让一位男生自己提水桶，引导思考两个女生提水桶和一个男生自己提水桶的效果是否相同？
学生（预设）：两个女生提水桶和一个男生自己提水桶的效果相同。
帮助定义：一个力的单独作用与两个或者更多力的共同作用，其效果相同，力是可以等效的，提出等效替代思想。
列举实例：还有那些生活实例也是一个力作用与两个或多个力作用的效果相同？
学生（预设）：一根悬线吊着灯和两个悬线吊着灯；一头牛拉犁和两头牛拉犁；一头大象拉车和一群人拉车……
观察分析：以上实例都有一个共同特征，一个力作用与多个力作用如何？
学生（预设）：一个力作用效果与两个或多个力作用效果相同。
帮助定义：假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用效果相同，这个力就叫做那几个力的合力；假设几个力作用效果跟某个力作用效果相同，这几个力就叫做那个力的分力。
关系思考：合力与分力作用效果是否相同？是否作用在同一物体？一个力变化合力是否会发生变化？
学生（预设）：合力与分力作用效果相同；作用在同物体上；分力变化合力也会发生变化。
关系总结：等效性：合力的作用效果与分力的共同作用效果相同，它们在效果上可以相互替代；同体性：各个分力是作用在同一物体上的，分力与合力为同一物体，作用在不同物体上的力不能求合力；瞬时性：各个分力与合力具有瞬时对应关系，某个分力变化了，合力也同时发生变化。
2.力的合成和分解
力的合成：把求几个力的合力的过程叫作力的合成。
力的分解：把求一个力的分力的过程叫作力的分解。
第一课时先进行力的合成的教学
①同一条直线上两个力的合成
情景思考：F1和F2方向相同时两个力如何进行合成？F1和F2方向相反时两个力如何进行合成？
学生（预设）：方向相同时：F=F1+F2；方向相反时：F=F2-F1。
②两个力互成一定角度
情景思考：F1与F2互成一定角度时如何进行力的合成？引导利用弹簧测力计进行实验探究，观察两次实验示数关系。
学生（预设）：利用两只弹簧测力计、一个钩码进行探究。先用一个弹簧测力计勾住钩码，再用两个弹簧测力计勾住钩码，F≠F1+F2。
3.探究两个互成角度的力的合成规律
思考引导：怎样设计才能使“合力”和“分力”产生的效果相同，且既比较准、又比较容易呢？
学生（预设）：可用方木板、白纸、弹簧秤（两个）、橡皮条、细绳、量角器、刻度尺、图钉（几个）进行实验。
师生设计：如图3.4-3甲，在轻质小圆环挂在橡皮条的一端，另一端固定，橡皮条的长度为GE。在图3.4-3乙中，用手通过两个弹簧测力计共同拉动小圆环。小圆环受到拉力F1、F2的共同作用，处于O点，橡皮条伸长的长度为EO。撤去F1、F2，改用一个力 F单独拉住小圆环，仍使它处于O点（图3.4-3丙）。力F单独作用，与 F1、F2 共同作用的效果是一样的，都能使小圆环保持静止，由于两次橡皮条伸长的长度相同，即橡皮条对小圆环的拉力相同，所以F等于F1、F2的合力。
学生按照设计思路进行实验……教师巡视指导并参与实验……
问题再现：用什么表示方法可以表示力的大小、方向？
学生（预设）：力的图示：力可以用有向线段表示。有向线段的长短表示力的大小，箭头表示力的方向，箭尾（或箭头）表示力的作用点。
数据处理：1.由纸上O点出发，用力的图示法画出拉力F1、F2和F（三个力的方向沿着各自拉线的方向，三个力的大小由弹簧测力计读出）。2.三个力的大小和方向有什么关系？我们用虚线把拉力F的箭头端分别与F1、F2的箭头端连接，能看到所围成的形状像是一个平行四边形（图3.4-3 丁），但这只是猜想。3.用作图工具进行检验，并改变拉力F1 和F2的大小和方向，重做上述实验，检验所围成的图形是不是平行四边形。
注意事项：
①使用时弹簧秤先校零，与板面平行。
②在满足合力不超过弹簧秤量程及橡皮条形变不超过弹性限度的条件下，应使拉力尽量大一些，以减小误差。
③画力的图示时，应选定恰当的标度，尽量使图画得大一些，但也不要太大而画出纸外。要严格按力的图示要求和几何作图法作出合力。
分析总结：求两个力的合成，如果以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向，这个规律叫作平行四边形定则。
4.矢量与标量
回忆思考：位移是一个什么样的物理量？
学生（预设）：位移是描述物体位置的变化，既有大小又有方向。可用从初位置指向末位置的有向线段来表示。
顺势而导：在物理学中，既有大小又有方向的物理量叫矢量。如：力、位移、速度、加速度等。
对比联系：上述实验中力满足什么定则？
学生（预设）：满足平行四边形定则。
归纳运算：矢量运算遵循平行四边形定则。
列举标量：时间、路程、质量、温度、长度、能量、速率等，引导思考这些物理量是否有方向？
学生（预设）：时间、路程、质量、温度、长度、能量、速率等这些物理量只有大小而没有方向。
标量定义：在物理学中，只有大小而没有方向的物理量叫标量。其满足标量运算遵循算术加法法则。
5.平行四边形定则的拓展
①三角形定则
平移奇迹：对3中的平行四边形定则F2边进行平移，引导学生观察首尾关系如何？
学生（预设）：利用作图工具对F2遍进行平移，发现：平行四边形的邻边平移后，两个共点力首尾相接，从一个力的始端指向另一个力的末端，这个有向线段就是合力。
三角形定则：以表示两个力F1、F2的有向线段为邻边作平行四边形，将F2平移至对面的边，合力方向为F1的起点指向F2的终点，像这样把两个力首尾相接从而求出合力的方法称为三角形定则。
②求合力的方法
方法一：作图法：严格作出力的合成图示，由图量出合力的大小和方向。
动手分析：引导学生利用画图示分析该题型：F1=2N,F2=3N，θ=60度，求合力？
学生（预设）：选标度,做力的图示,以两力为邻边作平行四边形,如图所示。由尺量的合力的大小为4.2N，用量角器量得合力F 与F1 的夹角为36.6°。
强调注意：合力、分力标度相同，共点，实线、虚线要分清。
方法一：计算法：作出力的合成草图，由图根据数学知识算出F大小和方向。
动手分析：引导学生利用计算法分析该题型：两个共点力间的夹角是90º，力的大小分别为90 N和120 N，试用计算法求合力的大小和方向？
学生（预设）：
模型展示：从θ=90°、F1=F2、F1=F2 ,θ=120°、θ为任意角四种常见模型，引导学生利用数学知识算出几种常见情况下合力的公式。
学生（预设）：运用数学公式进行计算。
6.合力与分力的大小关系
思考讨论：若F1、F2相等，观察下面不同角度下F1、F2合力，由此可推断合力什么时候最大,什么时候最小?合力的范围如何？
几何画板：利用几何画板帮助学生理解夹角由θ=0°至θ=180°时合力的大小。
学生（预设）：观察F1、F2、F3的变化情况。
分析总结：①合力最大：F=F1+F2(夹角为0,即方向相同)；②合力最小：F=︱F1-F2︱(夹角为180,即方向相反)；③合力的大小范围：︱F1-F2︱≤F≤F1+F2；④合力可能大于、等于、小于任一分力；⑤两个分力F1、F2大小不变，两个分力的夹角越大，合力越小。
深入思考：多个力（三个及三个以上力）的合成，应该怎样处理？引导分开进行分析。
学生（预设）：先求两个力的合力，再求出这个合力与第三个力的合力，以此类推，直到把所有力合为一个力，得到总合力。
说明：
（1）求多个力的合力时，与求解顺序无关。
（2）几个力的合力只有一个，是唯一的。
（三）课堂巩固
【例题】某物体受到一个大小为45N的力，方向水平向右，还受到另一个大小为60 N的力，方向竖直向上。通过作图法和计算法求出这两个力的合力的大小和方向。
（四）课堂小结
引导学生总结本节课学到了什么？
一、合力与分力
二、力的合成与分解
三、探究两个互成角度的力的合成规律
平行四边形定则：求两个力的合成，如果以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。
四、矢量与标量
矢量：既有大小又有方向的物理量
标量：只有大小而没有方向的物理量
五、平行四边形定则的拓展
三角形定则、求合力的方法：作图法、计算法
六、合力的大小范围：︱F1-F2︱≤F≤F1+F2
（五）布置作业
1.完成课本P71“练习与应用”第2、4题
九、板书设计
3.4 力的合成与分解
一、合力与分力
二、力的合成与分解
①力的合成：把求几个力的合力的过程叫作力的合成。
②力的分解：把求一个力的分力的过程叫作力的分解。
三、探究两个互成角度的力的合成规律
平行四边形定则：求两个力的合成，如果以表示这两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两个邻边之间的对角线就代表合力的大小和方向。
四、矢量与标量
矢量：既有大小又有方向的物理量
标量：只有大小而没有方向的物理量
五、平行四边形定则的拓展
三角形定则：以表示两个力F1、F2的有向线段为邻边作平行四边形，将F2平移至对面的边，合力方向为F1的起点指向F2的终点，像这样把两个力首尾相接从而求出合力的方法称为三角形定则。
求合力的方法：作图法、计算法
六、合力与分力的大小关系
合力的大小范围：︱F1-F2︱≤F≤F1+F2