杜秀云 董秀佳 赵泽楠

摘 要：本文通过实验探究求合力方法，理解合力、分力及力的合成的内涵，探讨影响合力的因素，学会“等效替代”；掌握矢量的运算法则，学会利用作图法和几何知识求解合力的技巧；培养学生的合作精神、认真细致的实验态度，激发学生学习兴趣，形成良好的学习习惯。

关键词：合力；分力；力的合成；平行四边形法则

一、教学地位

“力的合成”安排在普通高中课程标准实验教科书·物理必修一（人教版）第五章第四节。在前面三节课中，分别讲解了重力、弹力和摩擦力三种基本作用力。现实生活中一个物体很少只受一个力，而是多个力的作用，这就需要掌握力的合成。力的合成及其遵循的平行四边形定则是解决力学问题的基础与关键。验证力的平行四边形定则的实验是基本实验之一，涉及到弹簧测力计的使用和物理学上分析问题常用的作图法，因此本节内容是高考的一个重要考点。

二、教学目标

1.知识与技能

理解合力，分力及力的合成的定义；学会物理中重要思想“等效替代”；通过实验探究求合力方法，掌握矢量的运算法则-平行四边形法则；探讨影响合力的因素：分析角度对力的大小的影响；掌握利用作图法和几何知识求解合力的技巧。

2.过程与方法

通过实验方式探究互为角度力的合成，利用力的图示的方法分别画出合力与分力；验证合力与分力满足平行四边形法则。

3.情感态度与价值观

培养学生的合作精神，激发学生学习兴趣，形成良好的学习习惯。培养认真细致、实事求是的实验态度。在应用力的合成的知识解释生活中实例的过程中，体会物理与生活的密切关系。

三、学情分析

必修一针对高一学生，而高一的学生还不习惯对矢量进行运算，通过实验加深学生对平行四边形法则的理解。

“等效替代”是物理中经常应用的思想，掌握这种思想对以后概念的理解有重大帮助。

四、教学重难点

探究力的合成所遵循的法则——平行四边形定则，并应用平行四边形法则求合力。掌握物理重要思想“等效替代”。

五、教学过程

1.课程引入

通过曹冲称象的几幅图片，向同学提出问题：曹冲怎么称出大象的质量？引导学生答出大象在船上时水所达到位置和石头在船上时水所达到位置相同，引出“等效替代”的思想。

为了加深“等效替代”思想，另举例（如图1），说明两个小孩和一个大人提起一桶相同水的作用效果相同，进而说明“等效替代”思想。

（设计意图：通过两个例子，使学生明确等效替代的思想，进而引出同样用“等效替代”思想提出的合力与分力的定义）

2.新课教学

（1）新课引入

通过引课中对“等效替代”的思想介绍，引出合力与分力的定义。用图示说明，当物体受到如图2所示F1，F2，F3三个力的作用时，可以求出一个力F4，这个力的作用效果与原来几个力的共同作用效果相同。这个F4叫做合力，原来的F1，F2，F3叫做分力。在讲解过程中注意強调，合力并不真正作用在物体身上，只有分力才作用在物体上。求几个力的合力叫做力的合成。力的合成具有唯一性和共体性。

（设计意图：合力、分力、力的合成的定义是本节课的基础，只有讲解好了定义才能引领学生进行下一步学习。）

（2）合成方法

对图2提出疑问，为什么老师能确认合力方向大约为F4的方向？带着这个疑问，提出力的合成的方法。力的合成分为一条直线上力的合成和互为角度力的合成。引导学生运用初中知识证明一条直线上力的合成为：两个力同向相加，反向相减。提出问题：互为角度力的合成也可运用同向相加，反向相减么？学生根据自己的想法，提出能与不能。

（3）实验探究

为了分析互为角度力的合成，引入实验探究。实验仪器如图3所示，实验中还需要两个弹簧测力计和橡皮筋。教师先介绍实验仪器：在高中实验室中有专门设计好的力的合成分解演示仪，演示仪上已经分好刻度。只需节点到达圆心处，就可以读出力与竖直方向的夹角。教师提出问题：如何用这个实验器材找到两个分力F1，F2？又如何求出能等效替代它们的合力？提醒学生运用力的图示的方式画出合力与分力的关系。学生分组进行实验探究，教师指导学生，进行巡视，及时解决实验中存在的问题。并强调为了使力的效果相同，合力与分力都应使节点到达圆心处。

（4）分析归纳

在实验台上展示同学画出的合力与分力。将学生画出的两个分力作为平行四边形的两个邻边，按照力的示意图方法，利用圆规与直尺画出平行四边形的对角线，将画出的对角线与合力对比。不难看出，在误差允许范围内，做出的对角线几乎与合力重合。多选取几组实验数据，重复上面操作，也可得出相同结论。看来这并不是一种偶然现象，引出“平行四边形定则”：在求两个力合力时，用表示两个分力的线段为邻边作平行四边形，这个平行四边形的对角线就代表合力的大小与方向。

（设计意图：通过学生自己动手，经历对图形的认知，使学生更加熟练掌握“平行四边形法则”。这个过程是使学生从感性认识到理性分析的过程。探究性学习使学生关注生活中的问题，通过亲身实践，综合运用已有知识解决问题，学会学习。）

（5）拓展训练

教师继续提出问题：合力与两个分力的夹角有什么关系？

假设一个物体受到F1，F2两个力的作用，两个力的夹角为α，如图4，根据力的平行四边形法则画出合力F，在三角形ABC中，我们可以运用余弦定理，求出[F2=F12+F22-2F1F2COSπ-α]，即[F2=F12+F22+2F1F2COSα]。

由此可以看出F是关于F1，F2和α的函数。运用初中知识不难猜想：当F1与F2不变时，F最大为F1+F2；当F1与F2反向时，F最小为|F1-F2|。但猜想究竟对不对呢？运用上面的式子进行验证：当F1与F2不变时，F只是关于α的函数。如果α增大，COSα减小，从而F就应该减小；反过来α减小，F就应该增大。上图中α的范围为0到π，α为0度时，F最大，代入式子得出F最大值为F1+F2；α为π时，F最小，为|F1-F2|。显然与我们的猜想一致。这个结论对今后的学习有着重要的作用！

（设计意图：通过拓展训练，使用学生猜想老师论证的方式，提高学生的能力，加深学生对合力与分力关系的理解与记忆）

（6）回顾总结

进行学习效果测验，为学生自我评价学习情况提供依据。让学生总结课堂内容，畅谈收获与体会。培养学生概括总结能力，构建自己的知识框架，体会在实验中学习的快乐。

六、教学反思

本节课我主要采用实验探究和小组讨论的方法，利用学生的感性认识和理性分析，使学生掌握了求互为角度力的合成方法：平行四边形法则，从而突出了重点，突破了难点。同学们在实验中探究求合力的方式，使学生对结论的得出具有深刻印象，对下一步的平行四边形法则的应用有着重要作用。同学们在动手探究的过程中，不仅学习到了知识，而且激发了学生的学习兴趣，让学生观察，思考，动手。培养了学生的实验素养。

但本节课还存在着一些不足，如实验不够创新，实验仪器数量有限，不能每个学生都动手操作。在今后的教学中，我会努力改正，做的更好！

参考文献

[1]课程教材研究所物理课程教材研究中心编著.普通高中课程标准实验教科书（物理必修一）[M].人民教育出版社.

[2]钟俊敏.将探究性学习落实在课堂教学中[J].物理教学探讨，2012，30（3）：30-33.