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《力的合成》教学设计
教材分析：力的合成是鲁科版物理必修一第五章第1节的内容。在初中的时候学生已经学习过了力的三要素、作用效果等基础知识。对力有了一定的认识，能用力的图示来表示力的大小和方向。在第四章学生已经学习了力的概念，掌握了重力、弹力、摩擦力等力的相关知识，同时在第一章中已经学习了位移、速度、加速度等矢量，对矢量也有了初步认识。
力的合成是高中物理中极为重要的一个知识点，同时本节课所学平行四边形定则也是处理矢量运算的一个通则，因此本节课具有承上启下的作用。
学情分析：高一学生第一次接触矢量运算，而数学中向量的知识还没有涉及，如何让学生对矢量的运算法则有感性的认识，并学会探究一般事物规律的方法是本堂课的重点，也是难点。在学习这节课之前，学生已经了解如位移、速度、加速度、力等诸多矢量概念，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。
本节课将通过师生共同参与的方式，透过认识一般事物规律的基本方法——实验探究法，让学生理解矢量的运算法则——平行四边形定则，并学会简单的运用平行四边形定则处理问题。
教学目标：
1.物理观念：
①掌握共点力、合力与分力的概念以及合力、分力的等效性原理概念。
②掌握矢量运算的平行四边形定则，知道它是力的合成的基本规律；
③会用作图法求解两个共点力的合力。
④理解合力随分力夹角的变化过程。
2.科学思维：
①从生活中常见的实例出发，理解等效思想在物理研究中的应用。
②探究互成角度二力合成过程中，从特殊角到任意角和二力相等的特殊情况拓展到二力不等的情况，体会从易到难的科学探究过程。
3.科学探究：
①能够通过仿真实验和道具实验探究归纳出互成角度的两个共点力的合成遵循平行四边形定则。
②体会探究事物规律的一般方法，学会从生活中发现问题、提出猜想、设计实验、寻找规律，同时培养观察能力、实验设计及操作能力、对物理现象的归纳总结的能力，从而有效的提升学生科学素养。
4.科学态度与责任
①通过合作讨论和探究，培养同学间合作、互助、交流的精神。
②通过提出猜想并加以验证，体会自主探究的乐趣，培养实事求是的精神。
教学重难点：
1. 重点：
①合力与分力的概念以及合力、分力的等效性原理和力的合成概念
②互成角度的二力合成的平行四边形定则。
2.难点
①设计实验，猜想合力与分力之间所遵循的运算法则。
②对于探究中的从特殊到一般，从特性到共性的逻辑思维的理解。
教学策略：
实验教学法；讨论法;探究式教学;引导学生掌握探索新知识、新内容的一般方法。课堂教学设计理念与教学思路：
为了让学生更好地体验科学探究的方法和过程，发展自主学习能力，培养良好的思维品质，本节课的教学采用如下教学流程：创设情境→提出问题→设计方案→分组实验→引导启发猜想→实验验证→得出结论。教学过程中注重教师的“导”和“参与”，适时、适度地参与学生的探究活动，淡化教师的“教”；注重学生对知识的自主学习与自我构建，强化小组学习与小组交流，淡化机械训练，摒弃灌输式教学；在师生互动、互助的氛围中达到学习的目的。
教学准备：力合成演示仪，50g钩码若干，弹簧测力计一个。三角板、刻度尺和铅笔。
教学课时：1课时。
教学过程：
一、课前引入，激发兴趣
1.教师提问1+1一定等于2吗？什么情况下不等于二？
学生回答。（预计答案：算错的情况下不等于二。）
教师回答：我们今天的这节课要探讨的就是与这个问题有关的内容，学习了这节课，我们就可以知道，即使算对的情况下，1+1也未必等于2。
二、创设情境，引出共点力概念。
1.课件展示，如图：①两条绳子吊着一个物体，物体三个力作用在物体上的同一点。②两条绳子吊着画框，没有作用在物体的同一点，但是力的作用线交于同一点。③一个物体受到平行反向的两个力。
图1三个力个力作用在物体上的同一点，图2中二力虽然有作用在物体上同一点，但是二力的作用线交于一点。像这样几个交于一点或者力的作用线交于一点的力，我们成为共点力。而图3中二力没有交于一点，作用线也没有交于一点。这样的几个力，称为非共点力。
三、创设情境，渗透等效替代，引出合力和分力
两个同学共同提起水桶使之静止，换一个大人单独提起水桶使之静止，分析两种情况下水及水桶整体的受力情况（如图），在白板上，将F1、F2移开的同时，把F移动到图4左边水桶上，引导学生回答水桶的状态仍然可以静止。图中F与F1、F2是什么关系？引出力的等效替代关系，得出合力与分力的概念。一个力的作用效果和几个力的作用效果相同，则这个力称为那几个力的合力，原来的几个力称为这个力的分力。
视频展示一：用两条细绳把弹簧拉到一个点，作下标记。视频展示二：只用一条细绳把弹簧拉所标记的点。补充说明，将弹簧拉到同一个节点，两组力的作用效果也相同。（为后面的验证试验做铺垫）
强调“等效替代”是物理学中常用的解决问题的方法，以后学生还会继续用到“等效替代”的方法。在力学问题中，物体往往同时受多个力作用，为了研究问题方便，常把多个力的共同作用效果用一个力替代，这样就把问题简单化了。求几个力的合力过程叫力的合成。
四、回顾同一直线二力合成，引出互成角度二力合成
回顾初中统一直线上二力合成的方法：同向相加，反向相减。但若是图4中两个小孩的力，这两个力既不同向，也不反向。它们的合力为多少呢？ 是否F＝F1+F2呢？该如何验证呢？
引导学生小组讨论，并提出一种验证的方案。并请一个小组派代表回答。
教师评价学生方案。然后引导物体受三个力平衡时，第三个力大小即为另外两个力的合力。并借用力合成演示仪进行简单验证F1、F2的合力 F≠F1+F2。
五、用相等的二力和特殊夹角简化问题，进行初步探究，并扩展所得一般结论。
互成角度的二力的合成到底遵循什么样的规律？我们可以通过力合成演示仪，探究这个问题。为了简化问题，首先探究二力相等的情况，二力的夹角为三个特殊角90°、60°、120°，引导学生测量合力大小，并填入表格。然后再引导学生猜测合力方向。
教师先演示90°夹角的测量操作，将100g的钩码分别挂在力合成演示仪上，用弹簧测力计拉节点，是的节点到达圆盘中心位置。学生观看演示实验。邀请2个学生在力的合成器材上动手测量合力的大小。其余学生在学生平板上用仿真实验器材测量合力大小。
角度 模型 实验测得合力 合力做图
90°
60°
120°
二力夹角90°测得的合力大约1.4N，二力夹角60°时测得合力大小约为1.73N，二力夹角120°时测得合力约为1N。在此期间真是演示器材和仿真演示器材测得结果有可能存在偏差，教师应该解释说明这是由于真实演示仪存在摩擦等因素，误差更大。而仿真实验在在理想情况下得到，排除了许多系统误差，结果应以仿真模拟仪为准。此时给出提示≈1.41，≈1.73。
接着引导学生思考，在表格中二力的作用下，他们合力方向会朝向哪里？假如一个静止的物理只受到这两个力作用，会向哪里移动？
启发学生思考合力的方向。
综合合力的大小和方向，教师给出二力夹角90°时合力的做图。引导学生做出另外连个特殊夹角的合力图示。
学生用三角板思考并做出另外两个夹角的合力的图示。
综上所述，学生可以猜得等大二力合成时，合力的做图是以二力为邻边的菱形的对角线。教师提出，那么合力不等大的时候呢？引导学生得出平行四边形定则。
教师提示：这个结论是根据二力相等并且夹角是特殊角所得到的。是否适用于二力不等的情况下，需要试验验证。这个试验具体操作留着下节课。本节课只是在课件上演示实验过程。
教师总结：互成角度的二力合成遵循平行四边形定则，并可将平行四边形定则演变成三角形定则。
让学生用平行四边形定则，根据做图法对导学案上已经完成力的图示的分力进行合成，教师用授课助手展示部分学生的成果，并加以点评。
六、分析合力大小随分力方向的变化。
课件展出名画：伏尔加河上的纤夫。指出每个纤夫力比较小，但是所有纤夫的合力就能够拉动轮船。从这幅画上的合力是大于分力的。启发学生思考：所有的合力都大于分力吗？
课件推送给学生，课件上有一个Flash动画是力合成模拟工具。要求根据工具学生自己研究二力合力随角度变化，做下面的选择题：
1.关于两个大小不变的分力F1、F2与其合力F的关系，下列说法中正确的是( )
A.F的大小随F1、F2的夹角增大而增大。
B. F的大小一定大于F1、F2的最大者。
C. F的大小随F1、F2的夹角增大而减小。
D. F的大小不能于F1、F2的最小者。
教师查案平板反馈上来的答案，统计正确率。并对该题加以讲解。用Flash动画总结合力随二力夹角变化的变化。得到合力的变化范围为：｜F1－F2｜ ≤ F合≤ F1＋F2，然后用思维导图进一步分析合力变化情况。
要求学生课后思考问题：
1．已知两个共点力的合力F的最大值为180N，合力F的最小值为20N，则这两个共点力的大小分别是 （ ）
A．110N，90N B．200N，160N C．100N，80N D．90N，70N
2．三个共点力的大小分别为F1=5N，F2=10N，F3=20N，则它们的合力（ ）
A．不会大于35N B．最小值为5N C．可能为0 D．可能为20N
七、课堂总结
用思维导图对本节课进行小结。
板书设计：
一、概念：
1、共点力
2、
二、二力合成的探究：
规律：平行四边形定则，三角形定则
三、合力的范围。
F1－F2｜ ≤ F合≤ F1＋F2
教学反思：
这节课的整体流程设计与课堂实施，我自己感觉可能会比较顺利，比较满意。在反复的修改中，我摆脱了课堂教学学生被动接收的状态，学会站在学生的角度思考，让学生更多参与到课堂中来，达到师生之间、生生之间深度的交流。让学生不会觉得物理无聊、抽象。物理与生活的联系是那么紧密。本节课我以两小孩提水为引入点，逐步引入课题，从二力相等到二力不等，从特殊角到一般角度，层层递进，探究逻辑较符合学生认知水平。希望我们的教学能使学生在感受、体验中获得知识、体会到思想和方法、提高了能力。
图2 二力没有作用在同一点，但是力的作用线交于一点。
图3 二力没有作用在同一点，力的作用线也没有交于一点。
图1 三个力作用在物体上同一点。
图4 用F代替F1、F2，水桶仍然能够保持静止，说明F和F1、F2共同的作用效果一样。
图5 力合成演示仪。
表1 F1=F2≈1N时，测量合力大小，寻找力合成的规律规律
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