3.4 力的合成与分解（力的分解） 教学设计 -2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

力的分解 一 任务分析 1 本节内容在教材中的地位 力的分解与力的合成均是矢量运算的工具，是高中物理的基石。力的分解在牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解与运用中有着重要的作用，而矢量的三角形定则与平行四边形定则也是牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理、电场的叠加，带电粒子在电场中运动这些知识中必不可少的工具。 对高一学生而言，矢量合成与分解的定则是一个难题，本节在前节介绍力的合成的基础上介绍它的逆运算——力的分解，并指出平行四边形定则既是力的合成规律也是力的分解规律。已知一个力求它的两个分力在数学上可以求出无数组节，但是如果在二个分力方向已知的情况下则力的分解就是唯一的，本节即是由生活实例出发说明如何根据力的实际作用效果分解力。 2 学习本节所需要具备的知识 学习本节之前学生对矢量如位移，速度、力有一定感性认识，知道几种常见力的定义及表示方法，知道什么是分力、合力以及矢量合成的平行四边形法则，可以初步应用平行四边形法则求共点力的合力。此外，对于日常生活中有关力的分解与合成的实例的观察也是学习本节内容的基础，学生对此有一定的生活经验。 3 学校及学生情况分析 我校学生多来自宁南山。一方面，由于课程改革时间较晚，学生受传统讲授式教学影响较大，习惯于知识的讲解与记忆，对于实验现象的观察与分析能力较弱，他们只关注结果而忽视物理规律的得出过程，预计实施探究式教学的效果会与期望值有一定落差；另一方面，我校学生普遍勤奋刻苦，在课堂上能够和教师积极配合，这也是本节内容顺利进行的最有利因素。 4 完成教学目标的策略及方法 本节通过分析日常生活现象，引出问题，指导学生进行力的分解的的探究过程。对于按照力的作用效果分解，学生刚开始往往不易确定力的作用效果，要给予学生足够的时间思考，通过演示实验让学生观察，增强学生的感性认识，引发学生分析生活中实例的热情，经历由感性到理性的认识过程。教学中采用如下教学流程：小实验创设（视频）情景→提出问题→引导启发思考→得出结论→应用于其它实例，教学过程中应当营造师生互动、互助的学习气氛。 二 教学目标 1知识与技能 （1）理解力的分解的概念，知道力的分解是力的合成的逆运算，理解力的分解遵循平行四边形法则。 （2）知道力的分解具有唯一性的条件。 （3）知道根据一个力的实际作用效果确定两个分力的方向的基本思路。 (4)尝试运用力的分解解决一些日产生活中的有关物理问题，有将物理知识应用于生活与生产实践的意识。 2过程与方法 (1) 强化“等效替代”的物理思想。 （2）通过经历力的分解概念和规律的学习过程,了解物理学的研究方法,认识物理实验、物理模型和数学工具在物理学过程中的作用。 3情感态度价值观 （1）激发学生参与课堂活动的热情。 （2）培养学生将所学知识应用于生产实践的意识与勇气。 三 重点和难点 重点：1理解力的分解是力的合成的逆运算，利用平行四边形定则进行力的分解 2 如何判定力的分解过程中分力的方向 难点：1力的分解具有唯一性的条件 四 教学资源 多媒体课件、展示台、投影仪、弹簧秤、台秤，细绳、橡皮筋、长木板、重物、海绵、铁架台、钩码，尼龙绳一根、带合页的改造木板两块等，头发丝，长约3m的绳子一根 五 设计思路 根据课程标准“进一步提高科学素养，满足全体学生的终身发展需求“的目标，注重自主学习的过程，以问题为主线，采用用探究式教学法，课堂教学设计流程是这样的：：小实验创设（视频）情景→提出问题→引导启发思考→得出结论→应用于其它实例。本课教学中主要让学生动脑、动手、动口，引导他们自己得出楞次定律。这样处理不仅重视知识的获得，而且更重视学生获取知识的过程及方法，更加突出了学生的学，学生学得主动，学得积极，真正体现了“教为主导，学为主体”的思想。 六 教学流程 1 教学流程说明 本节课主要分为四个环节： 第一个环节 实验引入 引起学生兴趣得出这节课探究的主题—力的分解遵循什么规律。 第二个环节 师生互动 总结和归纳出力分解遵循的原则楞次定律的内容。 第三个环节 教师引导 学生自主探究塔吊工作原理。 第四个环节 教师引导 得出适量合成法则。 2 教学流程 ( 情景一 视频播放 ) ( 师生活动总结归纳 ) ( 活动二 演示实验二三 ) ( 活动一 演示实验三 ) ( 适量合成法则 ) ( 活动三 学生自主探究塔吊工作 ) ( 力分解的原则 ) 教学流程说明： Ⅰ情景一 通过图片斜拉桥以及郑和下西洋过程中逆风行驶的介绍“跳环”实验及魔术表演引起学生兴趣，得出本节的主题——力的分解感应电流的方向于何因素相关 Ⅱ活动一活动三通过斜面上重物作用效果的演示以及台秤上斜拉物体作用效果的演示得出力的分解遵循的原则——按照力的作用效果分解力 Ⅲ 活动三在介绍力的分解遵循原则基础上由学生自主探究塔吊工作时重力的分解方式，培养学生自主学习的意识与能力。 3 板书设计 第三章 5 力的分解 1 力的分解 分解力的原则：实际分解一个力时，先按照力的实际作用效果确定分力的方向，尔后根据平行四边形定则求解分力。 2.矢量合成的相加法则 平行四边形法则、三角形法则。 七 教学案例 （一） 图片引入 图片引入1 现代桥梁建筑形式多种多样，斜拉桥是其中经常采用的一种建筑方式。也许你已经注意到，它有许多斜索拉着桥面，这是为什么呢？ 图片引入2 郑和是我国古代伟大的航海家，他曾经率领舰队到达过今非洲东海岸，那么这个庞大舰队航行所需要的动力是什么呢？老水手巧妙地运用风力，即便是逆风行驶也能够使航顺利航行，你知道其中的奥秘吗？ 实验导入 实验导入1 我们好多从农村来的同学都劈过柴，劈柴也是需要技巧的，只有掌握了技巧，才能够劈得又多又好。我们请一位同学现场劈下木柴，看看这位同学在家里是不是很爱劳动（注意安全） 实验导入2 用头发丝悬挂一铁球，在夹角不断增大的过程中头发丝断了，这是怎么回事呢？ 实验导入3 找一根尼龙绳（铁丝），有谁可以把这段铁丝拉断呢？(请一位同学上台试一试)别看老师挺苗条的，老师可是个大力士，能够把这根铁丝拉断，你们信不信啊？（拿一根带合页的木板，将铁丝固定于木板两端并使木板互成一定夹角，在下压木板过程中铁丝断了 视频引入 视频引入1演示公园中小孩由滑梯顶部滑下的视频。在没有动力的情况下，是“谁”让小孩从滑梯顶部滑到底部的啊？ 视频引入2 车陷泥潭，一车怎样也拉不出来；换一种方法，将车用一根绳子系于树上，在绳中部栓另一绳，稍稍用力，车被拉出来了！你知道其中的奥秘吗？ （二）进入新课 演示：用一根细线吊起一钩码两根细线互成夹角吊起同样钩码，第一种情况下细线拉力对于钩码的作用效果和第二种情形下两根细线拉力对于钩码的作用效果相同，我们把第一种情形下的拉力叫做第二种情形下二个拉力的合力，已知两个拉力求解合力的过程叫做力的合成，遵循平行四边形法则。那么已知一个合力求解分力的过程就叫做力的分解，力的分解是力的合成的逆过程。 （ppt展示）已知两个分力，怎样求解合力呢？从数学上来讲，就是已知平行四边形两个领边求对角线的过程；那么如果已知一合力求解两个分力从数学角度来讲就是已知平行四边形对角线求解两个领边，能够做出多少组平行四边形呢？试试看 结论：在没有任何限制的情况之下，已知合力求分力可以有无数组解，而在两个分力方向确定的情形下则只一组解 那么实际情形中到底怎样分解一个力呢？我们通过下述几种情形对这个问题做一个探讨 情形一 首先水平拉物体前行，拉力有何作用效果？尔后将斜向前方拉木块，发现台秤示数减小，此力有何作用效果呢？一方面使此物体沿水平方向前行，这个效果和水平方向的力效果相同；另一方面，台秤示数减小，说明它还有向上提物体的效果，这个效果和竖直向上的力效果相同。如果物体同时受到向上的力F1和向前的力F2，也能够获得这样的作用效果吗？那么，拉力两个分力方向如何？ 分析：如右图将力F分解为F1=Fcosθ,F2=Fsinθ 讨论：当θ=00时，F水平，只有向前拉的效果；当θ=900时，F竖直，只有向上提的效果。θ越小，向上提的效果越小 通过上面的例子，大家考虑一下，在实际分解力的时候应当遵循什么原则？先由力的作用效果确定分利的方向，尔后根据平行四边形法则分解力 情形二： （斜面上黄色物体为海棉）一物体静止于水平斜面上，物体受到向下的重力，这个力有什么作用效果呢？ 分析：我们看到海绵凹下去了，这就是说它有沿斜面向下压斜面的效果，所以一个分力方向沿斜面向下，同时弹簧秤有示数，说明它还有使物体沿斜面向下运动的效果，所以另外一个分力的方向沿斜面向下 G1=Gcosθ,G2=Gsinθ 讨论：G1，G2都与斜面的倾角有关，当θ增大时，G1减小，G2增大。当车辆上坡时，G1阻碍车辆上坡；当车辆下坡时，G1使车辆运动加快。也正因为如此，在大型桥梁建设中要建很长的引桥 情形三：薄薄的小刀为何能够劈开木头呢？ 刀刃在物理学中称为“劈”，它的截面是一个夹角很小的锐角三角形。 ( F F2 ) 学生活动：模拟吊车工作，由学生的亲生体验分解重力。 进一步讨论：如绳套向上/下移动时，感受有变化吗？这说明重力 两个分力中哪个力发生了变化？发生了怎样的变化？ ( F 1 帆 )应用及演示:①车陷泥潭（视频播放）后用力的分解知识解释 ②郑和下西洋，“逆风行驶” 风吹在帆面上的力可以分解为沿帆面的阻力F1 和垂直于帆面的力F2，F2又可以分解为沿航向和 垂直于航向的力F′和F′′，F′′主要靠水对船 体的横向阻力相平衡，而沿航向的分力F′比船体 的纵向阻力（包括F1沿航向的分力）大得多， 故船可以沿航向向前航行。 五 矢量合成的平行四边形法则与三角形法则 根据平行四边形法则推导得出矢量合成的三角形法则： 在求三个或三个以上的共点力的合力时采用矢量合成的三角形法则 八 课堂小结 这节课主要学习了力的分解，实际分解力时按照力的作用效果分解力 。要求同学掌握矢量运算的三角形法则与平行四边形法则 九 教学后记 对于力的分解，学生难于把握的是力沿什么方向分解的问题，因此教学中首先由日常生活中的实例让学生感知力的实际作用效果，根据力的实际作用效果确定两个分力的方向，尔后运用平行四边形法则进行分解。在明确了力的合成与分解的原则之后，在后续教学中还可以拓展到位移、速度、加速度等矢量的运算。 学科网（北京）股份有限公司 $$