资源简介

3.4《力的合成》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于教科版高中物理必修第一册第三章第四节，是“相互作用”单元中的核心知识点之一。力的合成是矢量运算的重要体现，也是后续学习牛顿运动定律、共点力平衡的基础。教材通过实验探究与理论推导相结合的方式，引导学生理解合力与分力的关系，掌握平行四边形定则这一基本法则。内容由浅入深，从生活实例出发，逐步抽象出物理模型，体现了“从生活走向物理”的课程理念。
学情分析
高一学生刚接触矢量概念，对方向性与合成的理解尚不成熟。虽然已具备一定的代数运算能力，但缺乏处理非共线矢量的经验。部分学生容易将力的合成误认为简单的算术加减。此外，学生的动手操作能力和实验观察能力正处于发展阶段，需在教师指导下完成探究任务。针对这些特点，教学中应强化直观演示与小组合作，借助数字化实验工具降低认知门槛，并通过问题链引导思维进阶，帮助学生建立正确的物理图景。
课时教学目标
物理观念
1. 理解合力与分力的概念，知道等效替代思想在力学中的应用。
2. 掌握力的合成规律——平行四边形定则，能用该定则求解两个共点力的合力。
科学思维
1. 能通过实验数据分析归纳出力的合成遵循的几何法则，发展归纳推理能力。
2. 能运用矢量合成的思想解决实际问题，提升建模与逻辑推理能力。
科学探究
1. 经历设计实验、收集数据、绘制图示、总结规律的完整探究过程。
2. 学会使用弹簧测力计、橡皮筋、图钉、白纸等器材进行力的合成实验。
科学态度与责任
1. 在实验中养成实事求是、尊重数据的科学态度。
2. 认识到物理规律来源于实践，增强探索自然的兴趣和社会责任感。
教学重点、难点
重点
1. 合力与分力的概念及等效替代思想的理解。
2. 平行四边形定则的内容及其在力的合成中的应用。
难点
1. 从实验数据中抽象出平行四边形定则的几何关系。
2. 对非共线矢量合成方向性的准确理解与作图表达。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、实验探究法、讲授法、合作学习法
教具准备
弹簧测力计（2个）、橡皮筋、细绳、图钉、白纸、直尺、量角器、多媒体课件、DIS力传感器演示系统
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、创设真实情境，激发认知冲突 （一）、播放视频：拔河比赛中的“三角拉力”现象
教师播放一段精心剪辑的校园拔河比赛中三名同学呈“Y”字形同时拉动一根绳子对抗另一队的情景。画面定格后提问：“为什么三人不在一条直线上也能共同施加拉力？他们的力是如何‘合’在一起的？”
随后展示第二个生活场景：两位同学分别用不同方向的力抬一个重物，一人用力大但偏斜，另一人用力小但方向正，结果发现并不是简单的力相加决定效果。引发思考：多个力共同作用的效果能否用一个力来代替？这个“代替”的力又该如何确定？
（二）、提出驱动性问题，引出课题
教师缓缓说道：“正如爱因斯坦所说：‘想象力比知识更重要。’今天我们要做的，就是用我们的想象力和实验精神，去揭开多个力如何‘协作’的秘密。”接着明确问题：“如果两个或多个力同时作用在一个物体上，它们的总效果能不能用一个力来等效替代？如果有，这个力的大小和方向又该怎么确定？”
此时板书课题《力的合成》，并强调：“这不仅是一个物理问题，更是我们理解世界运作方式的一把钥匙。” 1. 观看视频，联系生活经验思考问题。
2. 参与讨论，表达自己对多力作用效果的看法。
3. 明确本节课的学习任务和研究目标。
4. 激发探究兴趣，进入学习状态。
评价任务 观察反应：☆☆☆
参与讨论：☆☆☆
提出猜想：☆☆☆
设计意图 通过贴近生活的视频情境引发认知冲突，唤醒已有经验；引用名人名言提升课堂文化品位；以驱动性问题为导向，构建探究主线，激发学生好奇心与探究欲，为后续实验探究做好心理铺垫。
实验探究
【18分钟】 一、设计实验方案，明确探究路径 （一）、介绍实验原理与等效替代思想
教师取出一根橡皮筋固定在黑板上的图钉上，先用一个弹簧测力计将其拉长至某标记位置，记录拉力F的大小和方向。然后撤去此力，改用两个弹簧测力计从不同方向共同拉动同一根橡皮筋，使其伸长到相同位置。提问：“两次拉伸效果是否相同？说明什么？”引导学生理解：只要橡皮筋的形变效果一样，就可以认为两个力的作用效果与一个力等效。这就是“等效替代法”的核心思想。
教师进一步解释：“我们把这个单独的力F叫做那两个力的‘合力’，而那两个共同作用的力就是‘分力’。接下来的任务，就是找出合力与分力之间的定量关系。”
（二）、布置小组任务，规范操作流程
将全班分为6个实验小组，每组发放实验器材包（含两把弹簧测力计、橡皮筋、细绳套、白纸、图钉、直尺、量角器）。教师投影出示实验步骤：
① 将白纸固定在木板上，用图钉固定橡皮筋一端；
② 用一个测力计沿某一方向拉橡皮筋至O点，在纸上标出O点和力的方向，记为合力F；
③ 撤去F，换用两个测力计互成角度地拉橡皮筋至同一O点，记录两分力F 、F 的大小和方向；
④ 在纸上沿力的方向描点连线，用量角器测量夹角θ；
⑤ 重复三次，改变F 与F 的夹角。
教师巡视指导，提醒注意弹簧测力计调零、视线垂直读数、拉力方向与纸面平行等细节。
二、开展实验操作，收集原始数据 （一）、组织学生动手实验，采集多组数据
各小组按照步骤开始实验。教师重点巡视以下方面：是否正确标记作用点O；是否准确描出力的方向线；读数时是否存在视差；两分力是否真正使结点回到原位。对于操作困难的小组，及时介入示范，如用手辅助稳定测力计外壳，确保拉力方向清晰可辨。
当一组学生完成三次实验后，鼓励他们尝试90°、120°、150°等典型角度组合，观察合力变化趋势。教师适时提问：“当两个分力夹角增大时，合力是变大还是变小？你能猜想到什么时候合力最小吗？”引导学生在实践中形成初步规律感知。
（二）、利用DIS系统进行精准验证
在学生实验的同时，教师同步使用DIS数字力传感器系统进行演示实验。通过电脑实时显示三个力的矢量图，动态生成平行四边形，直观展现合力与分力构成的几何关系。大屏幕投影数据显示，无论角度如何变化，合力始终落在以两分力为邻边所构平行四边形的对角线上。此举既弥补了传统实验误差较大的缺陷，又增强了结论的可信度。 1. 分组合作，动手搭建实验装置。
2. 准确记录合力与分力的大小、方向及夹角。
3. 绘制力的示意图，标注关键信息。
4. 观察DIS演示，对比手工实验结果。
评价任务 操作规范：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
团队协作：☆☆☆
设计意图 通过“等效替代”思想建立科学方法论基础；采用小组合作模式培养团队意识；结合传统实验与现代技术（DIS系统），实现定性观察与定量分析的统一；让学生亲身经历“做中学”，深化对物理规律形成过程的理解。
规律建构
【12分钟】 一、数据处理与图示分析 （一）、引导学生绘制力的矢量图
教师投影展示某小组的实验记录表，并邀请该组代表上台分享数据。例如：F =3.0N，F =4.0N，夹角90°，测得合力F=5.0N。教师提问：“这三个力之间有什么数量关系？”有学生回答：“3-4-5，像勾股定理！”教师顺势肯定：“非常敏锐！这正是我们熟悉的直角三角形边长关系。”
接着要求所有小组在坐标纸上按比例画出F 、F 和F的矢量箭头，起点均为O点。教师强调：“矢量不仅要表示大小，更要体现方向，所以必须带箭头！”待多数小组完成后，提问：“如果我们把F 和F 当作两条邻边，能不能画出一个平行四边形？”
（二）、发现平行四边形定则
学生尝试连接图形，很快发现合力F恰好落在平行四边形的对角线上。教师趁机总结：“无数实验表明，两个共点力的合力，可以用表示这两个力的线段为邻边作平行四边形，其对角线就表示合力的大小和方向。这就是著名的——平行四边形定则！”
此时，教师在黑板上规范作图，用彩色粉笔标出F 、F 为邻边，红色粗线画出对角线F，并标注“合力”。同时补充说明：“这个定则不仅适用于力，也适用于所有矢量，如速度、加速度、电场强度等，它是矢量运算的通用法则。”
二、拓展理解与特殊情况分析 （一）、分析三种典型夹角下的合力特征
教师提出三个问题链：
① 当两个分力同向时（θ=0°），合力是多少？方向如何？
② 当两个分力反向时（θ=180°），合力又是多少？何时合力为零？
③ 当夹角为90°时，合力大小如何计算？是否可用勾股定理？
引导学生逐一推导：
Fmax = F + F （同向最大）
Fmin = |F - F |（反向最小）
F＝（垂直时）
并通过动画演示三种情况的矢量合成过程，强化空间想象。
（二）、揭示合力范围规律
教师总结：“因此，两个力的合力大小并不是固定的，而是介于|F - F |与F + F 之间。也就是说，合力不一定比分力大，也可能更小，甚至为零。”这一反常识的结论往往令学生恍然大悟，打破原有错误认知。 1. 按比例绘制力的矢量图。
2. 发现合力位于平行四边形对角线上。
3. 归纳三种特殊角度下的合力规律。
4. 理解合力大小的取值范围。
评价任务 作图规范：☆☆☆
规律发现：☆☆☆
逻辑表达：☆☆☆
设计意图 通过数据可视化促进抽象思维发展；借助典型特例帮助学生建立清晰的物理图像；利用数学工具（勾股定理）打通学科壁垒；揭示合力范围打破“合力一定大于分力”的迷思概念，实现认知升级。
应用迁移
【7分钟】 一、典型例题解析 （一）、讲解课本例题：求两个互成60°角的力的合力
题目原文呈现：已知F =6N，F =6N，夹角θ=60°，求合力F的大小和方向。
教师示范解题步骤：
① 选定标度，如1cm代表2N；
② 画出F 、F 矢量，长度均为3cm；
③ 以F 、F 为邻边作平行四边形；
④ 量出对角线长度，换算得F≈10.4N；
⑤ 用量角器测得合力与F 夹角为30°。
同时介绍公式法：F = ，代入得F = = ≈ 10.4N，方向对称。
强调：“作图法直观，公式法精确，两者互补。”
二、生活应用挑战 （一）、设置真实问题情境
教师出示一幅吊车工作图：“起重机钢索承受两个斜向拉力，若每个拉力为8000N，夹角为120°，请问钢索实际承受的总拉力是多少？”
组织学生快速估算：由于夹角大，合力小于分力之和（16000N），根据对称性，合力方向竖直向下，大小约为8000N（因cos60°=0.5，故F=8000N）。
再举一例：“晾衣绳两端固定，中间挂一件湿衣服，为什么绳子越水平越容易断？”引导学生分析：夹角趋近180°时，所需张力极大，远超衣物重力，从而理解工程设计中避免过大夹角的重要性。
1. 跟随教师完成例题作图与计算。
2. 运用所学知识分析生活实例。
3. 参与讨论，解释物理现象。
4. 提升解决实际问题的能力。
评价任务 解题规范：☆☆☆
应用能力：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
设计意图 通过典型例题巩固作图技能与计算方法；联系工程与生活实际，体现物理的应用价值；培养学生用物理眼光审视日常现象的习惯，落实“从物理走向社会”的课程理念。
课堂总结
【3分钟】 一、升华式总结：知识点 + 生活哲理 （一）、回顾主线，凝练核心思想
教师站在讲台中央，深情总结：“今天我们走过了一个完整的科学发现之旅——从生活现象出发，提出问题；通过实验探究，收集证据；再到归纳规律，建立模型；最后回归生活，解决问题。我们不仅学会了平行四边形定则，更体验了科学探究的魅力。”
“其实，人生何尝不是如此？每个人都在不同的方向上用力，家庭、学业、梦想……看似分散的力量，唯有找到那个‘合力方向’，才能让我们走得更远。就像诗人顾城说的：‘黑夜给了我黑色的眼睛，我却用它寻找光明。’愿你们在未来的人生道路上，也能找准自己的‘合力方向’，向着光，坚定前行。”
板书最终形成完整结构： 1. 静心聆听，回顾学习历程。
2. 感悟物理与人生的深层联系。
3. 建立积极的学习情感体验。
4. 明确未来努力的方向。
评价任务 专注听讲：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 采用升华式总结，将物理规律与人生哲理巧妙融合，提升课堂精神境界；引用诗歌增强语言美感；帮助学生构建完整的知识框架，强化学习意义感，激发内在动力。
作业设计
一、基础巩固题
1. 已知两个共点力F =10N，F =6N，它们之间的夹角为90°，试用作图法求出合力的大小和方向（要求：选用合适的标度，保留作图痕迹）。
2. 若两个大小相等的力F =F =8N，夹角为120°，则它们的合力大小为______N，方向在________。
3. 判断正误（正确的打“√”，错误的打“×”）：
　(1) 合力一定大于每一个分力。（　）
　(2) 两个力的夹角越大，它们的合力就越小。（　）
　(3) 力的合成遵循平行四边形定则。（　）
二、拓展提升题
4. 如图所示，一名登山者被卡在山谷中，救援队从两侧悬崖用绳索施救，每根绳索拉力为700N，两绳夹角为100°。请估算救援合力的大致方向和大小，并说明这种救援方式的优势。
5. 查阅资料了解“三角函数在力的分解中的应用”，预习下一节内容，尝试写出合力计算公式的推导思路。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. 作图法：取标度1cm=2N，F 长5cm，F 长3cm，作矩形（因90°），对角线长约5.8cm，对应合力约11.6N，方向与F 夹角arctan(3/5)=31°左右。
2. 合力大小为8N，方向在两力夹角的角平分线上。
3. (1) ×　(2) √　(3) √
二、拓展提升题
4. 合力方向大致竖直向上，大小略小于1400N（因cos50°≈0.64，F≈2×700×cos50°≈896N），优势是分散受力点，提高稳定性。
5. 提示：可将F 、F 沿x、y轴分解，再分别合成，最终得到F = √(F + F + 2F F cosθ)。
板书设计
§3.4 力的合成
一、核心概念
　　→ 合力：等效替代
　　→ 分力：共同作用
二、实验探究
　　→ 方法：等效替代法
　　→ 器材：橡皮筋、测力计、白纸
三、平行四边形定则
　　文字表述：以两分力为邻边作平行四边形，对角线即为合力
四、特殊情形
　　θ=0° → F = F + F （最大）
　　θ=180°→ F = |F - F |（最小）
　　θ=90° → F = √(F + F )
五、合力范围
　　|F - F | ≤ F ≤ F + F
教学反思
成功之处
1. 以真实拔河视频导入，有效激发学生兴趣，迅速聚焦核心问题。
2. 实验环节融合传统操作与DIS数字化系统，兼顾动手能力与数据精度，提升了探究信度。
3. 总结部分引用诗句与人生哲理，实现了知识传授与价值引领的有机统一，学生反馈情感共鸣强烈。
不足之处
1. 部分小组在作图时比例尺选择不当，导致误差较大，今后需加强作图前的规划指导。
2. 对矢量合成的数学基础（三角函数）铺垫不足，个别学生在公式理解上有困难。
3. 课堂节奏前松后紧，应用迁移环节时间略显仓促，未能充分展开小组讨论。

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