3.4力的合成和分解 教学设计 -2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

人教版高中物理必修一 第三章 相互作用——力 第4节 力的合成和分解 教 学 设 计 物理组：xxx 2026年10月9日 目录 一、教材分析 二、学情分析 三、指导思想 四、核心素养目标 五、教学重难点 六、教学流程 七、教学方法 八、教学仪器及用具 九、课时安排 十、教学过程 十一、板书设计 十二、评价反思 一、教材分析 本节课是人教版高中物理必修一第三章"相互作用——力"的第4节，是在学习了重力、弹力、摩擦力以及力的图示之后，对力的进一步认识。 教材先通过"放在地面上的小车受四个力作用，向哪个方向运动"这一问题导入，引出研究力的合成的必要性。 第一部分介绍合力和分力：先定义共点力（几个力都作用在物体同一点，或作用线相交于一点）；再通过"两个小孩提水F1、F2与一个大人提水F效果相同""两根绳F1、F2吊灯与一根绳F吊灯效果相同"两个实例，建立合力与分力的概念——等效替代。合力：一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同；分力：几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同。 第二部分是力的合成：先回顾同一直线上二力的合成（同向F=F1+F2，反向F=F1-F2）；再提出互成角度的两个共点力如何合成的问题，安排学生实验"探究两个互成角度的力的合成规律"。实验通过两个弹簧秤互成角度拉橡皮条到O点、再用一个弹簧秤拉到同一O点，比较F1、F2与F的关系，得出平行四边形定则。 教材通过"思考与讨论"引导学生分析不同夹角下合力的变化，得出：夹角增大合力减小；合力可能大于、小于或等于任一分力；同向最大反向最小；合力范围|F1-F2|≤F≤F1+F2；多个力合成时逐次合成。 第三部分是力的分解：由逆向实验说明力的分解也遵循平行四边形定则；通过"斜向上拉力F的分解""斜面上物体重力G的分解"两个典型例子，学习按力的作用效果分解。 最后介绍矢量和标量：矢量（力、位移、速度、加速度）既有大小又有方向，相加遵循平行四边形定则；标量（质量、路程、功、电流）只有大小，算术法则。配套四道课堂练习巩固。 平行四边形定则是整个高中物理矢量运算的基础，是后续牛顿运动定律应用、平抛运动、圆周运动的重要数学工具，地位十分重要。 二、学情分析 本节课的教学对象是县级综合高中的高一学生，入学基础在全县同类学生中处于最低层次，学习基础总体薄弱，具有以下特点： 1. 知识基础：学生已经学习了重力、弹力、摩擦力，会作力的图示，知道同一直线上二力的加减；但对"等效替代"思想、矢量运算规律缺乏认识，习惯于代数加减思维，容易错误地认为"合力一定大于分力""合力就是F1+F2"。 2. 思维特点：学生以形象思维为主，抽象逻辑思维发展不足，对平行四边形定则这种矢量运算感到陌生和困难；对"斜向上拉力为什么能分解为水平和竖直两个效果""斜面上重力为什么这样分解"缺乏直观认识，需要借助实验和受力分析图引导。 3. 学习习惯与心理：学生自主学习能力弱，对抽象的矢量运算有畏难情绪；但对"提水桶""吊灯""拉橡皮条实验"等生活和实验内容有好奇心。教学中应放低起点、多做实验、多画图示，通过小组讨论和动手操作帮助学生建立平行四边形定则的直观认识。 三、指导思想 本节课以物理学科核心素养为导向，坚持"等效替代思想为线、实验探究为主、从生活到物理"的教学理念。 以"提水桶""吊灯"等生活实例建立合力与分力的等效替代关系；以"探究两个互成角度的力的合成规律"学生实验为核心，让学生在动手操作、作图、数据处理中归纳出平行四边形定则。 将"互成角度二力如何合成""合力随夹角如何变化""斜向上拉力怎样分解"等关键问题设计为小组讨论、展示质疑的形式，让学生经历"实验—作图—归纳—应用"的完整探究过程。 四、核心素养目标 1. 物理观念：知道共点力、合力与分力的概念；理解力的合成与分解遵循平行四边形定则；知道矢量和标量的区别。 2. 科学思维：通过等效替代实验体会等效思想；通过平行四边形定则的探究，学习矢量运算方法；能根据力的作用效果分解力。 3. 科学探究：经历"探究两个互成角度的力的合成规律"实验，掌握实验步骤、注意事项和作图方法。 4. 科学态度与责任：通过实验养成实事求是、严谨作图的科学态度；通过生活实例体会物理与生活的联系。 五、教学重难点 教学重点： 1. 合力与分力的等效替代关系； 2. 平行四边形定则； 3. 合力大小范围； 4. 按作用效果分解力。 教学难点： 1. 平行四边形定则的理解与作图； 2. 合力与分力的大小关系（合力不一定大于分力）； 3. 斜面上重力按作用效果分解。 六、教学流程 第一课时： 1. 课前导入：小车受四个力向哪个方向运动。 2. 共点力、合力与分力概念。 3. 力的合成：同一直线二力合成回顾。 4. 学生实验：探究两个互成角度的力的合成规律。 5. 得出平行四边形定则。 6. 讨论合力大小范围。 第二课时： 1. 复习导入平行四边形定则。 2. 力的分解概念。 3. 按作用效果分解：斜向上拉力、斜面重力。 4. 矢量和标量。 5. 课堂练习与小结。 七、教学方法 实验探究法、小组讨论法（讨论—展示—质疑—点评）、作图分析法、讲练结合法。 八、教学仪器及用具 多媒体课件、方木板、白纸、图钉、橡皮条、细绳套两个、弹簧测力计两个、三角板、刻度尺、电脑及投影仪。 九、课时安排 2课时（每课时40分钟，共80分钟）。第一课时完成合力分力概念、力的合成与平行四边形定则；第二课时完成力的分解、矢量和标量及课堂练习。 十、教学过程 第一课时 （一）课前导入（3分钟） 教师出示图片提出问题："放在地面上的小车受到重力、支持力、拉力、阻力共四个力的作用，你能判断它将向哪个方向运动吗？要判断方向，需要先把这几个力合起来。"引出课题——力的合成和分解。 设计意图：从实际问题出发，让学生体会力的合成的必要性。 （二）共点力、合力与分力（8分钟） 1. 共点力（2分钟） 教师讲解：几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。 2. 合力与分力（6分钟） 教师出示提水桶图片并讲解：两个小孩分别用力F1、F2共同提着一桶水，一个大人单独用力F提着这桶水，都能使水桶保持静止；用拉力F的一根线悬挂吊灯和用拉力分别为F1、F2两根线悬挂吊灯，效果也相同。 两个小孩提水（F1、F2）与一个大人提水（F）效果相同 学生小组讨论："你从图中观察到了什么？由此可得出什么结论？"学生展示、质疑，教师点评归纳： 由于F产生的效果跟F1、F2共同作用的效果相同，所以F是F1、F2的合力，F1和F2是F的分力。 教师板书：①合力：假设一个力单独作用的效果跟某几个力共同作用的效果相同，这个力就叫作那几个力的合力。②分力：假设几个力共同作用的效果跟某个力单独作用的效果相同，这几个力就叫作那个力的分力。关键思想是"等效替代"。 （三）力的合成：同一直线二力合成（5分钟） 教师讲解：求几个力的合力的过程叫作力的合成。 回顾初中知识：同一直线上二力合成—— 两力同向时：F=F1+F2，方向与两力相同； 两力反向时：F=F1-F2，方向与较大力相同。 教师设问："互成角度的两个共点力，还是简单的加减吗？有没有规律？"引出实验探究。 （四）学生实验：探究两个互成角度的力的合成规律（15分钟） 1. 实验目的（1分钟）：探究分力与合力的关系，寻找求合力的方法。 2. 实验原理（1分钟）：合力的作用效果与几个分力共同作用的效果相同。 3. 实验器材（1分钟）：方木块、白纸、弹簧秤两个、橡皮条、细绳、三角板、刻度尺、图钉。 4. 实验步骤（8分钟）：教师边演示边讲解，学生分组操作： ①在桌面上固定贴有白纸的方木板，用图钉把橡皮条一端固定在板上靠近顶端中点的A点，橡皮条另一端拴两条细绳，细绳另一端是绳套； ②用弹簧秤分别钩住绳套，互成角度地拉橡皮条，使橡皮条伸长，结点到达某一位置O； ③用铅笔从O点沿两绳方向画直线，作出两个力F1和F2的图示； ④只用一只弹簧秤，通过细绳把橡皮条结点拉到相同位置O点，读出弹簧秤示数，记下细绳方向，作出这个力F的图示。 探究两个互成角度的力的合成规律实验 5. 注意事项（2分钟）：①弹簧秤使用前先调零；②弹簧秤拉长方向应与木板平行；③弹簧、指针、拉杆不要与刻度板和限位卡摩擦。 6. 小组讨论（2分钟）："在白纸上把F1、F2的末端和F的末端连起来，你发现了什么图形？" （五）平行四边形定则（5分钟） 学生展示、质疑，教师点评归纳实验结论：在两个力合成时，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。 平行四边形定则 教师强调：作图要准确，F1、F2和合力F要画成实线并标箭头，平行四边形另外两条平行线画成虚线。 （六）合力大小范围（3分钟） 教师组织学生小组讨论"思考与讨论1"：观察不同夹角下F1、F2的合力，什么时候最大、什么时候最小？ 不同夹角下的合力 学生展示、质疑，教师归纳：①互成角度的两个共点力大小不变时，合力随夹角增大而减小；②合力可能大于、小于或等于任一分力；③同向时合力最大F=F1+F2，反向时最小F=|F1-F2|；④合力范围：|F1-F2|≤F≤F1+F2。 （七）课堂小结与作业（1分钟） 小结：共点力、合力分力（等效替代）、平行四边形定则、合力范围|F1-F2|≤F≤F1+F2。 作业：完成学案第一课时练习；思考：如果知道一个力，怎样求它的分力？ 第二课时 （一）复习导入（3分钟） 教师提问复习：平行四边形定则的内容是什么？合力大小范围如何？ 教师设问："我们会求几个力的合力了。反过来，如果已知一个力，能不能求它的分力？遵循什么规律？"引出力的分解。 （二）力的分解概念（4分钟） 教师讲解：求一个力的分力的过程叫作力的分解。 教师引导："如果上述实验中，先用一只弹簧秤把橡皮条拉到O点，再用两只弹簧秤通过细绳把结点拉到同一O点，你能得到什么结论？" 学生讨论、展示，教师点评：由于各个力的数据没有改变，力的分解也遵从平行四边形定则。 （三）按作用效果分解（15分钟） 教师讲解：一个力可以分解为无数对分力，实际分解时要根据力的作用效果来进行。 1. 斜向上拉力F的分解（7分钟） 教师演示：用斜向上的拉力拉放在水平面上的物体。提问："这个拉力产生了哪些作用效果？" 斜向上拉力F的分解 学生小组讨论、展示、质疑，教师归纳：F的作用效果有两个——①水平向右拉物体；②竖直向上提物体。因此F可分解为水平分力F1和竖直分力F2。 2. 斜面上物体重力G的分解（8分钟） 教师出示斜面图提问："斜面上物体的重力G产生了哪些作用效果？" 斜面上物体重力G的分解 学生小组讨论、展示、质疑，教师归纳：重力G的作用效果有两个——①使物体沿斜面向下滑；②使物体垂直压紧斜面。因此G可分解为沿斜面向下的分力G1和垂直压斜面的分力G2。 设计意图：两个典型分解例题，让学生掌握"按作用效果分解力"的方法，突破难点。 （四）矢量和标量（8分钟） 1. 教师讲解：力的合成按平行四边形定则；位移合成也遵循平行四边形定则。一个人从A走到B位移AB，再从B走到C位移BC，总位移是AC，AC就是合位移。 2. 矢量：既有大小又有方向，相加时遵循平行四边形定则的物理量。如力、位移、速度、加速度。 3. 标量：只有大小、没有方向，相加时遵循算术法则的物理量。如质量、路程、功、电流。 教师强调：矢量与标量的根本区别在于运算法则不同。 （五）课堂练习（8分钟） 练习1：有两个力，一个10N，一个2N，合力最大值是____，最小值是____，合力范围是____。 学生回答，订正：最大12N，最小8N，范围8N≤F≤12N。 练习2：已知两个相互垂直的力的合力为50N，其中一个力为40N，则另一个力为（ ） A.10N B.20N C.30N D.40N 学生独立完成，订正：C（勾股定理√(50²-40²)=30N）。 练习3：关于力的分解，正确的是（ ） A.8N的力可分解为两个8N的分力 B.8N的力可分解为两个3N的分力 C.8N的力可分解为13N和4N D.8N的力可分解为16N和7N 学生独立完成，订正：A（两分力之和≥合力，两分力之差≤合力）。 练习4：重60N物体置于光滑水平面，用F=20N的力竖直向上拉，物体所受合力为（ ） A.0N B.40N向下 C.40N向上 D.80N向上 学生独立完成，订正：A（拉力20N小于重力60N，物体仍静止在地面，地面支持力变为40N，合力为0）。 （六）课堂小结与作业（2分钟） 小结：力的合成和分解都遵循平行四边形定则；合力范围|F1-F2|≤F≤F1+F2；按作用效果分解力；矢量用平行四边形定则，标量用算术法则。 作业：完成配套习题第三章第四节。 十一、板书设计 3.4 力的合成和分解 一、合力与分力（等效替代） 共点力：作用于同一点或作用线交于一点 二、力的合成——平行四边形定则 1. 同一直线：同向F=F1+F2，反向F=F1-F2 2. 互成角度：以F1、F2为邻边作平行四边形，对角线即合力 3. 合力范围：|F1-F2| ≤ F ≤ F1+F2 三、力的分解（也遵循平行四边形定则） 按作用效果分解：斜向上拉力、斜面重力 四、矢量与标量 矢量：有大小方向，平行四边形定则（力、位移、速度） 标量：只有大小，算术法则（质量、路程、功） 十二、评价反思 本节课教学设计有以下特点： 1. 实验为主线：通过"探究两个互成角度的力的合成规律"学生实验，让学生在动手操作中归纳平行四边形定则，符合物理学科特点和基础薄弱学生的认知规律。 2. 等效替代思想贯穿：从提水桶、吊灯建立合力分力概念，到实验用一个力替代两个力，再到力的分解逆向思维，等效替代思想清晰。 3. 小组讨论充分：设计了"提水桶观察什么""作图发现什么图形""合力随夹角如何变化""斜向上拉力作用效果""斜面重力作用效果"等多处讨论展示质疑环节。 4. 讲练结合：四道课堂练习覆盖合力范围、勾股定理、分解条件、静止物体合力等易错点。 5. 自绘受力分析图：平行四边形定则图、不同夹角合力图、斜向上拉力分解图、斜面重力分解图，帮助学生建立直观认识。 不足之处：平行四边形定则对基础薄弱学生较抽象，实验作图耗时较长，部分学生可能作图不规范；今后应加强巡视指导，多安排作图练习。 学科网（北京）股份有限公司 $