4.1 科学探究：力的合成 教学设计 -2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦力的合成规律，以“提水桶”实验巧妙引入，从同一直线上力的合成自然过渡到互成角度共点力的合成探究，构建由易到难、层层递进的学习支架，帮助学生建立矢量运算的物理观念。 本资料突出科学探究与科学思维的核心素养，通过设计严谨的实验方案引导学生自主发现平行四边形定则，体现模型建构与证据推理的深度融合。例如，在“橡皮筋结点位置不变”这一等效替代思想中，强化了对合力本质的理解，同时借助作图法和计算法双路径求解合力，提升学生分析综合能力。教学环节环环相扣，既有直观动画演示辅助理解，又有典型例题训练巩固，既利于学生形成系统知识结构，也便于教师高效开展课堂实践，实现教与学的双向优化。

第四章　力与平衡 　　　　　　 　 §4.1　科学探究：力的合成 一、教学目标与核心素养： 1、物理观念 ①能进行力的合成，能利用平行四边形和三角形定则解决矢量运算问题； ②会用作图法和直角三角形知识求共点力的合力。 2、科学思维 能体会力的等效替代方法。 3、科学探究 ①能完成“探究两个互成角度的力的合成规律”实验，能观察实验现象，发现并提出物理问题； ②能通过图形分析，寻找规律。 4、科学态度与责任 通过对力的合成规律的探究，能体会物理学研究中科学假设的重要性。 二、教学重点 ①能从力作用的等效性来理解合力、分立的概念； ②通过实验探究合力与分力的大小和方向所遵循的规律。 三、教学难点 ①实验方案的设计与实施； ②会用作图法和计算法求合力。 四、教学方法： 　 演示法、学生实验法 五、课时安排： 　　二课时 六、教学仪器： 　 一个重物、弹簧秤、细线、橡皮筋、木板、白纸（学生实验） 七、教学环节： （一）引入新课： 物理洗脑之 1+1＝2吗？ “提水桶”实验引入，引出本节主题。 （二）新课教学： 一、共点力的合成 1、共点力与非共点力 思考：这两幅图片中，水桶与广告牌受力有什么特点？ 这几个力同时作用在物体上的同一点，或它们的作用线相交于同一点——共点力。 思考：观察扁担受到的这几个力有什么特点？ 这几个力的作用线平行，不相交——非共点力。 2、力的合成定义 两人提水桶——两个力 一人提水桶——一个力 力的合成：一个力产生的效果跟几个力共同作用产生的效果相同，就把这个力F称为那几个力的合力，那几个力则称为个力F的分力。 3、共点力的合成 回顾：同一直线上两个力的合成 ①两个力方向相同，即夹角=00时 ， 合力大小为：F=F1+F2，方向与两力方向相同。 ②两个力方向相反，即夹角=1800时， 合力大小为：F=|F1－F2| ，方向与较大力方向相同。 物理洗脑之 3+4＝7吗？ 通过分析右图，物体处于平衡状态，得出结论。 结论：矢量既有大小又有方向，当它们的方向互成 某一角度时，合力大小不再等于两分力大小之和。 即 F≠F1+F2 4、探究互成角度的两个力的合成规律 思考：互成角度的两个共点力合成时遵循什么规律？ 【实验器材】方木板、白纸、弹簧测力计（两个）、橡皮条、细绳、三角板、图钉 【设计实验】 思考以下四个问题： ①在这个实验中合力与分力等效的标志是什么？ 橡皮条结点到达统一位置。 ②怎样确定合力以及两个分力的大小、方向呢？ 力的大小通过测力计读数，力的方向即沿细线的方向。 ③如何表达合力以及两个分力的大小、方向呢？ 用同一标度作出力的图示。 ④实验应记录些什么？ 橡皮条伸长后的位置、分力的大小和方向、合力的大小和方向。 实验过程中的注意事项： （1）结点 两次橡皮条拉长后的结点O必须保持不变 （2）拉力 ①使用弹簧秤测拉力时，弹簧秤、橡皮条、细绳应在与纸面平行的平面内。 ②用测力计测拉力时，要使拉力沿测力计轴线方向。 ③两分力夹角不要过大或过小。 （3）读数和记录 ①读数时视线要和刻度相平 ②拉力的方向通过细线的下方取较远的两点画线来确定力的方向 （4）作图： 要用统一标度做力的图示。 【进行实验】结合动画摸拟进行讲解。 ①用两个弹簧秤分别钩住细绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋的结点伸长到某一位置Ｏ，记录结点Ｏ的位置、两细绳的方向、两弹簧秤的示数F1 、F2 。 ②只用一只弹簧秤通过细绳套把橡皮筋的结点拉长到同一位置Ｏ，记录细绳的方向、弹簧秤的示数F 。 ③选定一个合适的标度，用力的图示法画出F1、F2和F的图示。 【数据处理】 猜想：根据做出的F1、F2和F图示，猜想合力与分力可能满足怎样的图形关系？如何验证你的猜想？ 方法：以两分力为邻边做出平行四边形，画出2分力之间的对角线，看对角线与合力F能否重合。 【得出结论】 以表示互成角度的两共点力的有向线段为邻边作平行四边形，则两邻边间的对角线所对应的这条有向线段就表示这两个共点力的合力的大小和方向——平行四边形定则。 注意：作图时，力用实线表示；辅助线用虚线表示。 拓展思考：速度、加速度等矢量相加时遵循什么运算法则？ 所有矢量的合成都遵守平行四边形定则。 延伸思考：如何求两个以上力的合成？ 用平行四边形定则先求出其中 两个力的合力，然后用平行四边形 定则再求这个合力与第三个力合成。 直到把所有外力都合成为止，最后 得到这些力的合力。 结论：多个力的合成──两两逐步合成。 牛刀小试：两个共点力F1、F2大小不变,请画出3种情形下的合力，比较3个合力的大小？ 以该练习引出“猜想：两个分力大小不变时，合力随夹角的增大如何变化？” 观看演示动画，得出结论。 两个共点力F1、F2大小不变 （1）改变两个力之间的夹角，合力F如何变化？ 夹角θ越大，合力越小; 夹角θ越小，合力越大 （2）F1、F2的合力F什么时候最大？什么时候最小？求合力的范围。 θ＝0°时，F1、F2同向： Fmax＝F1＋F2 θ＝180°时，F1、F2反向： Fmin＝｜F1－F2｜ 合力取值范围︱F1－F2︱ ≤ F ≤ F1 + F2 （3）合力一定比分力大吗？ 合力可能大于、等于、小于任一分力。 5、求合力的方法 例题：F1、F2是共点力，F1=90N，F2=120N，F1与F2夹角900 ，试用作图法求合力的大小和方向？ （1）作图法：作出力的合成图示，由直尺和量角器量出合力的大小和方向。 解：选标度，做力F1、F2的图示，以两力为邻边作平行四边形，如图所示。 用直尺测量，合力的大小为150N；用量角器量得合力F与F1的夹角为53°。 ( O F 1 F 2 F 合 ) ( 30N ) 作图时注意：合力、分力标度相同且共点，实线、虚线要分清。 （2）计算法：作出力的平行四边形，根据几何知识算出F大小和方向。 解：由几何知识得： 设F与F1夹角为α，则： （三）本节小结： ( 两个分力的夹角越大，合力越小 ︱ F 1 - F 2 ︱ ≤ F 合 ≤ F 1 + F 2 ) （四）课堂练习： 1. 关于合力的分力，下列叙述中正确的是( CD ) A. 合力的大小一定大于每一分力的大小 B. 合力可以同时垂直于每一分力 C. 合力的方向可以与一个分力的方向相反 D. 两分力的夹角在0°到180°之间时，夹角越大，则合力越小 2. F1与F2为作用在同一物体上的两个力，F1=10N，F2=8N，它们的合力大小可能是( BCD ) A. 19N B. 18N C. 10N D. 2N 3. 在研究两个共点力合成的实验中得到如图所示的合力F与两个分力的夹角θ的关系图。 求：(1)两个分力的大小各是多少？ (2)此合力的变化范围是多少？ 4. 三个共点力的大小分别为2N、3N、4N，它们的合力最大值 为 9N ；最小值为 0 。 引申：三个共点力满足时，合力的最小值为0。 （五）课外作业： 　　P94　3、4、5、6 （六）板书设计： 　　　　　　　　　　§4.1 科学探究：力的合成 一、共点力的合成 1、共点力：P90 2、合力：P90 3、力的合成：P90 二、探究两个互成角度的力的合成规律 三、共点力合成的平行四边形定则： 1、定则内容：P92 2、两个共点力的合力大小范围： 　且两力的夹角越大，合力越小。 八、课堂教学反思： ( 科学探究： 力的合成－ 1 ) 学科网（北京）股份有限公司 $