力的合成問題式教學設計

摘 要 力的合成是中學物理一節十分重要的內容。本節課的物理教學設計突破傳統、單一的教學方法，在學生理解等效的基礎上，一方面教師積極引導，另一方面學生通過多種實驗儀器自主探究，最終通過總結能得到正確結論。

關鍵詞 物理；力的合成；實驗儀器

中圖分類號：G633.7 文獻標識碼：B

文章編號：1671-489X（2017）03-0132-02

1 授課內容

《普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修1）》（新人教版）第三章第四節“力的合成”。

2 三維教學目標

知識與技能目標 知道合力與分力、力的合成、共點力的概念；能理解合力與分力之間的等效思想；能通過探究（或驗證）掌握平行四邊形定則，會用矢量相加法則解決生活實際問題。

過程與方法目標 在充分認識教材重要性與學生前概念的基礎上，通過情境創設與問題提問，讓學生形成認知沖突，在學生現有的知識水平不能解決問題的時候，教師利用巧妙的實驗與話語引導，通過師生合作，從而發現規律，讓問題得以解決。最后通過課堂總結讓學生體會到規律的重要性以及本節課所要滲透的物理思想和方法。

情感態度與價值觀目標 學生通過積極探究總結規律，能用規律解決實際問題，從而加強自信，形成克服困難、積極進取的良好態度。同時，教師通過對學生實驗給予方法指導，讓學生養成良好的思維習慣與科研品質。

3 教材分析

等效思想方法是高中常用的物理方法之一，教材通過等效的思想引出合力與分力概念。此外，矢量運算法則也在這一節，學過的位移、速度、加速度、力都要遵循矢量運算法則，所以本節課對思想方法的理解、對規律的探究與驗證顯得十分重要，因為學生只有掌握了這些規律，才能夠分析實際問題。

4 學情分析

學生雖然已經學習過幾種基本矢量，如位移、速度、加速度以及常見的3種力，但是對矢量僅僅是一個十分淺顯的認識。學生目前只掌握了同向與反向力的合成運算，對互成角度的力的合成沒有概念，遇到實際問題不能有效解決，所以這節課無論如何，對學生來說是一個認識上的飛躍。

目前學生已有二力平衡概念，知道物體靜止時所受合力為零；學生已經學習過力的圖示，知道如何畫出一個力。

5 教學準備

實驗器材：

1）方木板、坐標紙、圖釘、彈簧測力計、細繩套、橡皮條、直尺、量角器；

2）方木板、坐標紙、圖釘、彈簧測力計、細繩、橡皮條、直尺、小鉤碼量角器；

3）力的合成成演示儀。

6 教學過程

引入新課

問題1：作用在一物體上的3 N和7 N的兩個力從作用效果來看，是不是相當于給物體施加了一個10 N的力？

問題2：（展示河岸上的兩隊纖夫拉船）纖夫怎樣拉船比較省力一點兒？

師：下面，我們就要通過本節課的探究，把這兩個問題分析得更清楚、更徹底。

新課教學

1）合力與分力。教師先用兩個彈簧測力計互成角度地吊起一個200 g砝碼。

問題3：可不可以只用一個彈簧測力計拉起砝碼呢？

答：可以。

師：一個彈簧測力計與兩個彈簧測力計都能提起砝碼，那么它們的作用效果是相同的。我們就根據它們之間的等效關系，把力分為合力與分力（帶領學閱讀課本61頁合力與分力的概念，同時手書力的合成概念）。

2）如何探究合力與分力關系。

問題4：我們開始提出的兩個問題實際上就是對分力與合力要進行定量研究，找出它們之間的關系，這才是我們這節課的主要目的。我們知道對于一桶水而言，無論使用幾個力，只要能把它提起來，力的作用效果就是相同的。那么對于作用在一根橡皮條上的力來說，力的作用效果又如何去判斷呢？

生：看橡皮筋的伸長量。

師：我們怎樣知道合力與分力的大小？

生：用彈簧測力計讀數（教師還要啟發學生，若沒有彈簧測力計，也可以通過帶質量的鉤碼知道力的大小）。

師：我們怎樣知道合力與分力的方向呢？

生：根據橡皮條與繩子的方向。

3）學生實驗活動。

①實驗方案。

實驗目的：探究合力與分力關系。

實驗出發點：合力與分力具有等效性。

如何實現合力與分力等效：利用橡皮條伸縮長度。

如何知道分力大小：利用彈簧測力計。

如何知道分力方向：記下細繩的方向

②學生實驗活動。

第一組實驗器材：方木板、坐標紙、圖釘、彈簧測力計、細繩套、橡皮條、直尺、量角器。

第二組實驗器材：方木板、坐標紙、圖釘、彈簧測力計、細繩、橡皮條、直尺、小鉤碼量角器。

第三組實驗器材：力的合成成演示儀（學生可根據實驗說明做實驗）。

學生分為3組，使用不同實驗儀器按照操作說明進行實驗。

4）教師指導活動。

①根據力的作用效果相同，及時標記“O”點位置與力的方向。

②做出力的圖示，選取標度要適合，盡可能多地利用白紙。

③由于實驗器材不同，有的學生可能很快就會發現規律。比如使用力的合成演示儀的一組學生很快發現力的合成規則，即合力與分力能構成平行四邊形，此時教師應鼓勵他們使用其他器材多做幾組實驗，再來驗證自己的結論是否正確。

④有的組做出來合力與分力后，經過連線發現很接近平行四邊形，而且有的學生更愿意相信合力與分力就滿足平行四邊形規律，所以教師要建議學生交換實驗器材，最好用力的合成演示儀再做實驗。

⑤還有的學生作圖后，由于誤差較大，一時難以發現規律，這時教師應該再次指導他們減小誤差的方法，養成謙虛謹慎的實驗態度。

5）實驗結果討論。經過3種不同的實驗，發現合力與分力基本構成平行四邊變形。由于實驗總是存在誤差，但是如果把誤差能控制到很小范圍內，還是能夠發現規律。科學家也是經過不斷地進行實驗儀器改進與大量的實驗，證明了合力與分力滿足平行四邊形定則（手書）。同時，這節課所做的所有實驗以及平行四邊形定則都建立在一個基礎上，這就是共點力（手書并帶領學生閱讀課本63頁的共點力）；今后要學習的受力分析，基本上是對共點力的受力分析。現在來解決本節課剛開始提出的問題。通過多媒體展示圖1，其中F表示合力，其他表示分力。

由于合力F不變，由圖中可以發現，隨著分力的夾角的增大，分力在逐漸增大，因此，兩隊船夫拉船，繩子與河岸方向的夾角越小越省力。通過本節學習可以知道，任意兩個力或多個力的合成，不是簡單地把幾個力算數相加，而要遵循平行四邊形定則。

7 板書設計

1）力的合成：求幾個力的合力的過程。

2）平行四邊形定則：兩個力合成的時候，以表示兩個力的線段為鄰邊作平行四邊形，這兩個鄰邊之間的對角線表示合力的大小和方向。

3）共點力：如果一個物體受到兩個或更多力的作用，有些情況下這些力共同作用在同一點上，或雖不作用在同一點上，但它們的延長線相交于一點，這樣的一組力叫作共點力。

參考文獻

[1]閆廣錢.談“力的合成”的探究式教學設計[J].物理教學探討，2004（6）：7-8.

[2]詹國榮.“力的合成”的教學設計[J].物理教學探討，

2008（5）：11-13.

[3]普通高中課程標準實驗教科書·物理（必修1）[M].北京：人民教育出版社，2010.

作者：任森，貴州師范大學物理與電子科學學院，研究方向為學科教學（物理）（550025）。