3.4 力的合成 教学设计-2025-2026学年高一上学期粤教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦力的合成核心知识，通过曹冲称象故事及学生提水桶实验导入，衔接重力、弹力等前序内容，以等效替代思想为支架，引导学生从生活实例过渡到实验探究，建立合力与分力概念，为后续牛顿定律学习奠基。 特色在于以科学探究为主线，通过分组实验修正方案、作图分析数据得出平行四边形定则，结合问题串破解“合力为分力代数和”等相异构想，渗透科学思维与科学态度，助力学生实现从代数运算到矢量运算的跨越，也为教师提供了可操作的实验教学与问题驱动策略。

《力的合成》教学设计 【课题】力的合成 【教学时间】40分钟 【教学对象】高一（上） 【教材】粤教版必修第一册第三章第四节 【教学内容分析】 1． 本节课在教材中的地位和作用 本节内容是在学习了生活中常见的力（重力、弹力、摩擦力）之后，学习力的合成。力的合成是解决力学的基础和工具，力的合成如果没有学好，在后续课的学习中，对牛顿第二定律、物体平衡、动量定理、动能定理的理解和应用都会感到困难。如果力的合成的平行四边形法则掌握不好，后续课程中的有关物理量的合成就会出现困难。本节课运用等效替代的观点、来进行力的合成等内容的教学，因而培养学生建立等效替代的概念是很重要的。 2．课程标准对本节的要求 内容要求：通过实验，理解力的合成与分解，区分矢量和标量，用力的合成与分解分析日常生活中的问题。示例：研究两个大小相等的共点力在不同夹角时的合力大小。 教学提示：可以通过设计情景引出等效代替的思维方法，然后通过实验探究，让学生经历一种自主体验式的探究学习过程，从而激发学生学习物理的兴趣和创新实践的积极性，形成积极的科学探究态度，最后通过例题掌握平行四边形定则的基本应用。 学业要求：理解合力与分力的概念，认识等效替代的思想和方法；通过实验，探究合力与分力的关系，理解力的平行四边形定则。 3.教材内容安排 本节内容主要包括三个方面：一是合力与分力；二是力的合成方法；三是合力的计算。学生在了解力的概念和几种常见力的基础上，依据等效替代思想得到合力与分力概念；通过实验探究归纳出力的合成运算法则——平行四边形定则，并运用力的平行四边形定则分析合力的大小和方向及变化特点。通过本节的教学，为以后的受力分析作准备，更是为进一步学习牛顿第二定律，物体的平衡、功能关系、动量定理和动量守恒定律打下基础。因此，本节内容既具有承上启下的作用，更是高中物理的重要基础． 4.教材的特点 教材首先通过“一个成年人与两个孩子分别提同一桶水”的生活实例，让学生对生活中的等效替代获得感性认识，然后逐步过渡为用弹簧测力计“探究互成角度的二力合成”的实验，通过实验的方案设计、获得数据、用作图法处理数据及分析概括数据，让学生在自主探究中得出两力合成的关系，在寻找规律的过程中形成严谨务实的态度，体会学习的乐趣。 5.对教材的处理 （1）在教材原有基础上，创设物理情景，加深学生对关键概念和物理思想的理解。 从生活情境入手，通过观察、对比，从力的作用效果的角度进行分析、推理，并让学生自己动手实验初步探究，体会几个力和一个力作用效果是否相同，形成合力与分力作用等效替代的物理观念引入：可以设计情境导入，如《曹冲称象》小故事，从“提水”生活实例等，激发学生进一步学习的兴趣，也引出等效替代的思维方法。 （2）注重实验教学，让学生通过自己动脑、动手，猜想、实验研究找出合力与分力之间的关系，体会等效替代的思想和矢量合成的方法――平行四边形定则。 实验探究：从到“橡皮筋”初步演示实验，再到“橡皮筋”分组探究实验，要循序渐进，分步引导，在从初步演示到分组探究的过程中，可让学生经历对“互成夹角的两个力的合成”的实验方案的修正过程，包括器材改进、操作规范、采用作图法处理数据等，提高学生设计实验方案的能力，更好地明确实验的目的和方法，探究过程要让学生充分动手，分组协作交流，经历一种自主体验式的探究学习过程，从而激发学生学习物理的兴趣和创新实践的积极性，形成积极的科学探究态度；在学生实验的过程中，倡导他们勇于发表自己的看法，大胆猜想，实验验证，从而锻炼学生的能力。 （3）通过问题串，加深学生对平行四边形定则的应用；学生对力的合成规律存在系列相异构想，在问题引入、实验探究例题应用等环节，都要围绕这些相异构想的转变来开展，引导学生思考“合力等于分力的和吗？”“合力一定大于分力吗？”等问题，通过例题掌握了平行四边形定则的基本应用后，可以对“保持两分力大小不变，夹角越大，合力怎样变化？”等问题进一步思考提升。 （4）设计简单易行的演示实验，尽量增加学生参与的机会，亲自体验实验过程。 研究力的合成定则是一个难题，教学过程中注重老师的“引导”、学生的“研究”，体现老师是主导、学生是主体的原则，淡化教师的“教”，加强小组间的学习、交流、讨论，让学生积极参与课堂活动，猜想、设计方案、探求规律，使学生始终处于积极探求知识的过程中。同时一方面尽量增加学生参与的机会，亲自体验实验过程，另一方面充分利用演示实验、多媒体等现代化的教学手段，提高整个课堂教学的效果。 【学生情况分析】 1. 学生的知识基础 学生在前三节已经掌握了重力、弹力、摩擦力等性质力的知识，在运动学的学习过程中也已初步知晓位移、速度、加速度等矢量物理量的特点，对矢量有初步的认识，知道矢量是既有大小又有方向的物理量，但对矢量性还没有真正意义上的理解，尚未涉及到矢量的运算。 2. 学生的心理特点 对于高一学生来说，合力和分力的等效替代关系比较抽象，如果直接提出来学生会感到突兀，不容易理解，应注意联系学生的生活实际经验，激发学生的学习兴趣。在以往的教学中，学生进行分组探究实验往往会存在难点，出现对实验的目的和步骤难以理解的“瓶颈”状况，教学不应该是学生盲目动手、无的放矢的机械学习过程，应该有针对性地引导和问题驱动，调动学生的好奇心和求知欲。 3. 学生的认识特点及困难 高一学生刚开始系统地学习物理学科知识，第一次接触到矢量运算，对理解和应用平行四边形定则处理矢量运算会感觉比较抽象，在学习本节前，高中数学还没有涉及向量，初中也没有涉及“力”的矢量性（仅限于讨论正负号的意义），所以学生容易根据初中所熟悉的代数运算，对力的合成产生相异构想，认为“合力即是分力的代数和”“两分力的合力是固定的”“合力一定大于分力”“合力与分力是同时存在的”等，造成学习过程中出现一定困难。 【教学目标】 1. 物理观念 （1）理解合力、分力、力的合成的概念。 　　（2）理解合力与分力的关系是作用效果上的等效替代。 　 （3）掌握平行四边形定则的含义和使用方法，会用它求两个分力以及几个分力的合力。 　 （4）通过平行四边形定则进一步理解合力与分力的大小关系。 2. 科学思维 （1）能从实际情境中体会等效替换思想。 （2）能从“曹冲称象”“手提水桶”等情境中培养出推理论证思维。 （3）具备从任意角度的二力合成规律中得出多个力合成规律的思维。 3. 科学探究 （1）能从“曹冲称象”“手提水桶”情境中探究出分力和合力的等效替代关系。 （2）能从弹簧测力计悬挂物体实验中探究出力的合成和分解的规律。 （3）能从力的合成和分解的规律自行探究（拓展）得到矢量的合成和分解规律。 4. 科学态度与责任 （1）从等效替换的思想中体会科学本质，增强对科学知识得出过程的认同感和作为物理学习者的成就感。 （2）知道科学知识的得出需要不断地实验修订及思维创新。 （3）从力的合成和分解的角度体会生活中的物理现象，逐步培养学生解决科学难题的兴趣及对未知世界探索的勇气。 【教学重点】 （1）合力与分力的关系，渗透“等效替代”的物理思想。 （2）得出平行四边形定则的实验过程。 （3）平行四边形定则的应用。 【教学难点】 （1）力的平行四边形的发现。 （2）从代数运算到矢量运算的跨越。 【教学策略设计】 1. 新课标对高中物理教学明确要求，以提高学生的科学素养为核心，把学生活动的过程、方法以及经历活动过程中的体验作为课程标准之一。依据这种教学理念，为了让学生体验科学研究过程，了解科学研究方法，把力的合成规律这种全新的知识，让学生去研究，获得亲身感受，加深对矢量合成法则的理解。所以这节课主要是实验教学，让学生通过自己动脑、动手，猜想、实验研究找出合力与分力之间的关系，体会等效替代的思想和矢量合成的方法――平行四边形定则。在学生实验的过程中，倡导他们勇于发表自己的看法，大胆猜想，实验验证，从而锻炼学生的能力。 1. 教学方法 通过创设情景和讲授和实验讨论等多种方法，让学生理解等效代替的思想、通过实验探究，让学生掌握平行四边形法则。 （1） 情景教学法。 在教学过程中，教师有目的地通过创设情景举例说明和学生的情景演示，让学生理解等效的思想。 （2） 实验探究法。 通过分组实验，探究合力和分力的大小关系，从而发现平行四边形定则。 2. 学法指导 分析综合法、实验教学法、数据分析法。 在学法指导上，让学生尝试自己观察分析总结得到合力和分力的物理意义。 3．教学媒体设计 以多媒体课件为载体，利用视频、动画、分组实验，让学生从生活的现象出发，通过实验探究，分析得出力的合成法则——平行四边形定则，互助合作完成实验，采集数据，分析推理，解释评估得出结论。 【教学流程图】 【教学过程设计】 教学环节和教学内容 教师活动 学生活动 设计意图 导入新课 1.曹冲称象的故事引入等效概念。ppt展示图片回忆故事情节，思考曹冲称象的原理。 2.引导学生自主实验并展示实验过程，体会等效替代的思想 3.总结形成合力和分力的等效替代的物理观念 1.《曹冲称象》是人人皆知的历史故事，请同学们结合下面的图片回忆故事情节，想一想曹冲是利用什么原理和方法“称出”大象的重量的呢？ 引导学生回答，大象和石头的重力的作用效果相同，等效替代 2.演示实验体会： 学生活动：两个女同学共同提起水桶和一男同学单独提起水桶。 问题：两个女同学提起一桶水，对水桶施加了几个力？作用效果是什么？ 一个男同学提起相同的一桶水，对水桶施加了几个力？作用效果是什么？ 可以用一个男同学的力来代替两个女同学的力吗？ 学生思考回答：大象的重力和石头的重力作用效果相同可以替代。 两个：F1、F2 。作用效果是：提起这桶水。 一个：F。作用效果是：提起这桶水。 可以，他们的作用效果相同。 利用学生熟知的故事引入等效原理。激发学生兴趣。 学生通过自己动手做实验等生活实例来体会等效替代，激发学生学习探究的热情。从生活走进物理，激发兴趣，形成合力分力的物理观念。 新新课教学 一、合力与分力概念学习 对演示实验进行总结分析，得出合力与分力的概念。 【演示实验】两个弹簧测力计的拉力可由一个弹簧测力计的拉力代替。 问题：产生的效果与，共同作用产生的效果是否相同？ 总结：产生的效果与，共同作用产生的效果相同，称为与的合力，与称为的分力。 【思考问题】如何求已知的几个力的合力？ 观察实验。 回答：相同。 回答：不相等。 学生思考：回忆初中学过的同一直线上的二力的合成。 归纳总结形成合力分力物理观念，在此基础上提出问题，进一步探求如何合成，培养不断深入探究自然规律的科学态度和责任。 培养 二、实验探究力的合成方法 1.同一直线上的二力合成。 2.两个不在同一直线上的力的合成。 在教师的引导下提出问题，学生自主实验，实际观察体验合力与分力的大小及变化关系，在此基础上： （1）结合实验类比位移相加的原理对互成角度的二力合成猜想和假设，三角形、平行四边形定则。 （2）设计实验方案探求合成法则。 （3）按方案完成实验，采集实验数据。 （4）对实验数据进行分析论证，相互交流评估，并作出解释。 得出结论：用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。这就叫平行四边形定则。 1.同一直线上的二力合成 请学生回顾“同一直线上二力合成”的方法。PPT图片展示同一直线上二力合成的两种情况 2.提出问题 两个分力的方向不在同一直线上呢？教师引导学生通过实验思考下面问题： （1）一个弹簧测力计拉力的大小等于两个弹簧测力计拉力的大小之和吗？ （2）两个弹簧测力计的夹角变化时，拉力的大小变了呢？ （3）这说明两个力的合力除了与分力的大小有关系之外还与什么有关呢？ （4）可能是什么关系呢？（提示联想位移矢量相加的方法） 3.猜想和假设：引导学生进行猜想和假设可能分力与合力构成三角形，平行四边形的关系 4.设计实验方案：能否利用桌上的实验器材设计一个方案验证我们的猜想呢？请同学们思考讨论交流提出你们的实验方案？ 教师引导学生对探究实验方案进行质疑分析评价修正注重以下几点： （1）实验中力的作用效果是什么？ （2）如何保证一个力作用和两个力作用效果相同。 （3）如何记录力的大小和方向。 （4）如何分析实验数据（作力的图示）。 （5）如何对可能的实验结果进行评价。 5.完成实验，采集实验数据 指导学生按照下面的实验步骤，寻找合力与分力之间的关系。 实验步骤： （1）在桌上平放一个木板，在木板上铺一张白纸，用图钉把白纸固定好。 （2）用图钉把橡皮筋的一端固定在板上的A点（A点的位置应该靠近顶端中点），在橡皮筋的另外一端拴上两条细绳，细绳的另外一端是绳套。 （3）用弹簧测力计分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮筋，使橡皮筋伸长，结点达到某一位置O。（4）用铅笔记下O的位置和两条细绳的方向，分别读出两只弹簧测力计的示数（在同一条件下）。 （5）用铅笔和三角板在白纸上从O点沿着两绳的方向画直线，按照一定的标度作出两个力F1和F2的图示。 （6）只用一只弹簧测力计，通过细绳把橡皮筋的结点拉到相同的位置O点，读出弹簧测力计的示数，记下细绳的方向，按同一标度作出这个力F的图示。 （7）探究这三个力的大小及方向的关系。 根据学生实验，寻找规律后得出实验结论：用表示两个力的有向线段为邻边作平行四边形，这两邻边之间的对角线就表示合力的大小和方向。这就叫平行四边形定则。 1. 思考、复习 复习初中所学的“同一直线上二力合成”的方法。并交流，发言。 2.提出的问题 学生根据教师的引导提示，利用身边的器材初步试验判断： （1）一个弹簧测力计拉力的大小不等于两个弹簧测力计拉力的大小之和。 （2）两个弹簧测力计的拉力的大小随方向变化。 （3）说明两个力的合力与分力的大小和方向都有关。 （4）类比位移相加分析。 3.猜想和假设：可能分力与合力构成三角形,平行四边形的关系 4.设计实验方案：独立思考，相互讨论交流合作设计实验方案。 学生代表提出展示说明实验方案。在老师的引导下对实验方案进行讨论，进一步完善方案，熟悉实验步骤。 5.完成实验，采集实验数据实验过程中在同学的帮助下和老师的建议下要注意：①选取弹簧测力计调整零刻度，使用时弹簧测力计与板面平行。 ②在同一次实验中，橡皮条拉长的结点O位置一定要相同。③在满足合力不超过弹簧测力计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。 ④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。 ⑤由作图法得到的F和实际测量得到的F′，不可能完全符合，但在误差允许范围内可认为F和F′符合。 作图得出实验结论：合力与分力之间的关系满足平行四边形定则。 回顾旧有的知识和观念，对比新的问题，进行大胆的质疑，猜想，论证，推理，培养科学思维素养 提出问题，并基于初步的经验事实进行推理提出科学的猜想与假设。 自主设计，讨论交流，制订实验方案。 互助合作完成实验，采集数据，分析推理，解释评估得出结论。 培养科学思维和科学探究素养，形成大胆质疑，敢于创新，严谨求证，实事求是的科学态度和责任。 3、 应用平行四边形定则求合力 问题：某人水平扔出一个重力为G=0.4N的小球，小球在空中受到方向水平向左的风力F=0.3N的作用，求球所受的合力。 总结合力分力大小关系： 指导学生利用作图法和计算法求两个分力的合力。PPT展示求解过程 方法一：利用作图法求合力 方法二：利用计算法求合力 根据直角三角形的几何关系： 合力与的夹角的正切值为： 得： 【讨论与交流】保持两分力的大小不变，夹角越大，合力怎样变化？ 结论： 总结合力分力大小关系： 合力的大小范围；分力之间的夹角越大，合力越小；合力可能大于、等于或小于分力。 利用作图法和计算法，求出题目中两分力的合力，进一步体会平行四边形定则的矢量运算方法。 拓展外推，深入认识合力分力的大小关系。 总结合力分力大小关系。 应用规律，加深对规律的理解和应用，进一步巩固合力分力观念，构建适量运算的平行四边形定则模型。 拓展分析，进一步培养不断深入探求的科学态度和责任。 小结 四、小结本节课所学内容。 引导学生回忆今天的学习内容，对本节内容进行小结。 1.一种思想：等效替代。 2.一个定则：平行四边形定则。 3.一个实验：探究平行四边形定则实验。 4．一种方法：作图法。 回忆本节所学内容，回答教师问题，完成课堂小结。 学生在教师的引导下回忆旧知识，理解教学重难点。 【板书设计】 力的合成 一、合力与分力 等效替代 2、 互成角度的两个力合成的方法 平行四边形定则 3、 应用平行四边形定则求合力： 作图法 计算法 4、 合力与分力大小关系 |F1-F2|≤F≤F1+F2 学科网（北京）股份有限公司 $