《力的分解》教学设计

  一、课标要求

 

  通过观察与体验认识力的作用效果,学会根据力的作用效果对力进行分解,会用力的分解分析解决生活中的实际问题。

 

  二、教学分析

 

  1在教材中的地位和作用

 

  在学此节内容之前学生已经学习了力的概念、力的表示及分类、力学中的三种力、力的合成。

 

  力的分解是等效思想的具体应用,等效思想是物理学重要的思想方法之一,学习力的合成时学生已有所了解,本节教学要注意让学生进一步了解和运用等效思想。

 

  矢量是完全不同于标量的一类物理量,它的运算遵循平行四边形定则。通过力的合成与分解掌握力的平行四边形定则,为位移、速度、加速度、电场强度、磁感应强度等矢量的学习、为牛顿定律乃至整个高中物理的学习奠定了基础。

 

  应用数学知识解决物理问题的能力是高中物理要求的五种基本能力之一,本节内容要求学生要会运用平行四边形、直角三角形、菱形等数学知识计算分力的大小,因此教学中要有意识的培养学生的知识迁移能力。

 

  综上所述,本节内容是本章的重点也是难点,也是整个高中物理的基础之一。

 

  2.学生情况分析

 

  学生通过前几节的学习已经对力的基本概念和表示方法、力学中常见的三种力、合力与分力的等效替代关系有了一定的认识,形成了一定的认知结构,并通过力的合成方法认识了力的平行四边形定则,初步学会了应用几何知识解决力学问题,为本节课的学习奠定了基础。

 

  三、设计思想

 

  1.课时安排

 

  考虑到学生的认知基础及本节内容的重要性和认知难度,笔者将本节内容分两课时处理,把“根据力的作用效果分解力”作为该节的第一课时内容。

 

  2.两类知识及教学策略

 

  按照现代认知派关于知识的分类,笔者将本课时的新授知识和需要用到的原有知识分类如下:

 

  陈述性知识:

 

  力的作用效果──改变物体的运动状态,使物体发生形变。

 

  力的平行四边形定则。

 

  力的分解的概念──已知合力求分力。

 

  其中力的分解的概念是新授课的陈述性知识。

 

  对于陈述性知识,笔者采用的教学策略主要是:

 

  根据维果茨基的最邻近发展区理论,学生原有知识越多就可能学得越多,新学知识与原有知识之间的差异就是学生的最近发展区,为了让学生高效地掌握新授知识必须在新授知识与原有知识之间架设好桥梁。对原有陈述性知识采取回忆、再现的方式,以利于学生回顾旧知识、掌握新授知识,为学生建立新授知识与原有知识的联结、对新授知识的加工和组织奠定基础。

 

  程序性知识:

 

  根据力的作用效果和平行四边形定则作图的方法。

 

  应用几何知识计算分力。

 

  应用力的分解方法分析实际问题。

 

  对力的作用效果的认识采用体验、实验的策略,让学生动手实验,直接观察获得直接经验和直观感受,对作图及应用数学知识解决实际问题等程序性知识采用教师指导、学生动手、师生对话共同总结归纳的策略,让学生达成学习目标。

 

  3.指导思想

 

  (1)设置真实问题情境

 

  建构主义理论认为:学习者要想完成知识的意义建构,达到对所学知识所反映的事物性质、规律及事物之间的内在联系的深刻理解,最好的办法就是让学习者到现实世界的真实环境中去感受和体验,获得直接经验而不是只聆听教师的讲解。本课笔者创设了单手拉车的真实情境,让学生产生强烈的探究欲望,主动地提出问题──为什么一人二人都拉不动的车,老师能够用单手拉动呢?秘密在哪里?激发学生的学习需要与内在的探究兴趣。

 

  (2)引发学生的认知冲突

 

  心理学研究表明,当学生接触的新情境或新知识与原有的知识结构不一致时,会打破学生原来的认知平衡,产生强烈的学习需要,迫切希望把新情境、新知识同化与顺应到自己的知识结构中去,以达到新的认知平衡。在学生的心目中,大车是不容易拉动的,而教师单手拉动了大客车这个情境就与学生的认知产生了冲突和矛盾,学生会急切地想了解其中的奥秘,带着问题进入新课的学习。

 

  (3)强调学生的主动参与

 

  现代教育理论认为学生是学习的主人,是意义的主动建构者。本节课通过设问、实验、练习等环节全方位地调动学生参与,让学生全身心地投入到学习中去。

 

  (4)培养学生的动手能力

 

  现代教育要求注重培养学生的动手能力,本课设计了小实验:观察斜面上物体的重力的作用效果、拉橡皮筋的小实验,这些小实验简单易做,不仅能培养学生的动手能力,还能让学生养成实验的习惯。

 

  (5)引导学生合作、观察与体验

 

  在学生实验过程中,让学生学会观察实验现象,学会与人合作,体验实验探究的快乐。

 

  (6)加强学科知识与生活的联系,指导学生解决实际问题。

 

  新课改要求要加强学科知识与学生日常生活的联系。物理学不是存在于物理学家头脑中的抽象的科学,它源于自然与生活,就存在于我们的日常生活中。因此本节课注重引导学生观察我们生活中的应用力的分解的大量事例,如盘山公路、行李箱、幼儿园的滑梯、现代化的斜拉桥等,这些事例不仅让学生学会应用理论解决实际问题,更能让学生养成理论联系实际的良好学风,深刻理解科学的价值,感悟科学的魅力。

 

  四、教学目标

 

  1.知识与技能目标

 

  (1)理解分力的概念,认识力的分解是力的合成的逆运算,遵守平行四边形定则,在无条件限制时一个力可以分解成无数对分力。

 

  (2)认识力的分解可以从力的实际作用效果出发,并能根据具体情况运用力的平行四边形定则求解分力。

 

  (3)能应用力的分解分析生产生活中的实际问题。

 

  2.过程与方法目标

 

  (1)初步领会“等效替代”的思想方法。

 

  (2)通过实验,让学生尝试在实验操作过程中发现问题、探索问题、解决问题,并最终掌握规律,体会物理是建立在实验基础上的一门学科和数学是解决物理问题的工具

 

  3.情感、态度、价值观目标

 

  在实验操作过程中感受主动和他人交往、合作及尊重他人的快乐,并使学生逐步养成认真、仔细、实事求是的科学态度和拥有将所学知识应用于生产实践的意识和勇气。

 

  五、教学重点、难点

 

  在具体问题中如何根据力的实际作用效果和平行四边形定则进行力的分解。

 

  六、教学流程图

 

 

  七、教学准备

 

  1.学生知识结构要求──学生在上本节课之前要求掌握以下内容:

 

  熟悉合力和分力的等效替代关系;

 

  熟知力的合成及平行四边形定则;

 

  熟练掌握直角三角形三角函数和边长的关系。

 

  2.学生分组实验准备──每两人一组,每组准备如下器材:

 

  系绳的小车一个、自制多功能木板一块(一面贴有白纸)、三角板两块、橡皮条一根(系有绳套)、弹簧秤两只。

 

  3.演示实验器材:斜面上物体重力分解数字测力仪(自制)

 

  4.实物投影仪等多媒体设备

 

  八、教学过程

 

教学内容

师生活动

教学说明

 

 

开场白,观看视频

 

 

 

3分钟

很高兴能来这里和同学们共同探究物理问题,相信我们一定能够愉快地度过接下来时光。

 

同学们,咱们班谁的力气最大?

 

大家都力推你,看来力气确实不小。我这儿有人想和你比试一下。请看屏幕。

 

〖视频展示〗大力士拉车

 

和他比谁的力气大?(大声)

 

我比他还厉害!我只用单手就可以拉动大车,而且车上还要坐满人,你们相信吗?(大声)

 

〖视频展示〗单手拉校车

 

大力士费了九牛二虎之力才拉动汽车,为什么我只用单手就能拉动?而且车上还坐满了人!是不是我的力气真的比他大?我拉动大车的奥秘是什么?让我们带着这个问题共同来探究力的分解。

 

〖板书〗力的分解

创设情景,激发兴趣,引入课题

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

探究水平面上物体所受拉力的分解

 

10分钟

〖课件展示〗大力士拉车(图片)

 

〖问题导思〗大力士用绳斜向上拉车的力产生了哪些作用效果呢?让我们先模拟下大力士拉车。

 

〖学生活动〗(教师先示范)请同学们用书垫起软木板的两端,让木板水平,将小车放在木板中间,然后用绳拉动小车,观察车的运动情况和木板的形变情况。(实验必须让学生明确要观察什么?)

 

学生报告观察到的现象教师进行评价。

 

这两个效果相当于两个力分别产生的:一个竖直向上的力F1把汽车往上提,一个水平的力F2使汽车前进,可见力F产生的效果可以与两个力F1F2共同作用的效果相同,力F1F2就叫做力F的分力。(分别展示力FF1F2

 

〖板书〗求一个力的分力就叫做力的分解。

 

力的分解是力的合成的逆运算。力的合成遵循平行四边形定则,力的分解同样遵循平行四边形定则。

 

板书力的分解遵循平行四边形定则。

 

课件展示〗拉黄包车、拉行李。

 

这些情景和大力士拉车的情景有共同之处,水平面上的物体都受到了斜向上的拉力,于是我们就把这类情景概括成这样的模型:

 

水平面模型:位于水平面上的物体受到一个斜向上的拉力F的作用,该力与水平方向夹角为θ。

 

 

我们已经知道力F产生了两个作用效果,向上提的效果和向左拉的效果,那么可以用竖直方向的力F1和水平方向的力F2来等效替代。

 

课件展示两个分力方向

 

设问:知道这两个分力的方向怎样求这两个分力的大小?我用这条线段表示力F的大小,箭头表示力的方向。(本节课第一次作图最好由教师示范)

 

教师:请大家在探究报告上做图,并用Fq表示出两分力的大小。

 

[展示学生作图及表达式]

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

通过与合成的类比,理解力的分解,进一步感受等效替代的思想方法。

 

 

 

 

 

从生活实际到建立物理模型。

 

 

 

重点讲拉力的作用效果、作图方法及分力的计算。

 

 

 

 

 

探究斜面上物体重力的作用效果

 

 

 

 

 

 

 

15分钟

刚才我们探究了位于水平面上的物体在拉力作用下开始运动的情景,如果把物体放在斜面上,不用拉力也可能运动。

 

〖问题导思〗是什么力使物体运动起来了?斜面上的物体其重力产生了哪些作用效果?我们来体验一下。

 

〖学生活动〗用夹子把系有小车的橡皮条固定在木板一端,抬起木板的这一端,观察橡皮筋和木板的变化

 

课件展示重力两个分力方向(这里有个转换,橡皮筋拉长了说明重力有把橡皮条沿斜面往下拉的效果,如果不用橡皮筋物体将会下滑)

 

 

 

 

 

〖学生活动〗请同学们按照刚才的方法在探究报告上作平行四边形,并根据已知条件写两分力的表达式

 

〖展示台展示〗学生作业


〖问题导思〗如果增大斜面的倾角,这两个分力的大小会怎样变化?

 

学生:倾角越大,sinθ增大,cosθ减小。使物体下滑的分力减小,使物体压紧斜面的分力增大。

 

实际情况如何呢?让我们用实验来观察。

 

〖学生活动〗增大斜面倾角,观察指针刻度和橡皮条长度的变化。

 

刚才同学们通过实验定性地验证了分力的变化,下面我们来做定量研究(30°、37°)

 

结论:

 

1.力的分解满足平行四边形定则。

 

2.θ增大,使物体下滑的分力F1增大,使物体压紧斜面的分力F2减小。

 

〖问题导思〗这是物理学经常研究的斜面模型,模型是来源于生活的,请同学们想想在我们的生活中有哪些情景属于斜面模型呢?

 

我在这里给同学们准备了两处情景的画面,你能分析出其倾角大小和斜面用途的关系吗?

 

〖课件展示〗1.螺旋状的盘山公路;2.公园的滑梯。

 

通过前面两个实例的分析,可以看出:在实际问题中一个力往往有多个作用效果,按力的作用效果进行分解可以指导我们增强或减弱它的某种作用效果,以利于我们的生产和生活。所以在实际问题中常按力的作用效果分解。

 

〖板书〗在实际问题中常按力的作用效果分解。

 

回顾刚才的探究过程,让我们共同来归纳下力的分解的步骤。

 

〖板书〗分解力的步骤:

 

1.分析力的作用效果,确定分力的方向;

 

2.作平行四边形;

 

3.根据已知条件求分力。

1.从模型回归生活实际。

 

2.让学生体验重力的作用效果,掌握作图方法及计算分力的方法,引导学生讨论倾角变化分力如何变化,让学生树立“函数”的思想。

 

3.让学生在实验中学会与人合作,感受合作的快乐。

 

4.通过体验,感受到实验探究发现的快乐,初步领会由个别到一般的归纳方法,联系生活实际,感受物理建模的思想方法。

 

 

 

 

释疑,回答为什么能够单手拉车

 

6分钟

 

 

刚才我们共同探究的两种模型都是合力大于分力的情况,分力可能大于合力吗?我们回到单手拉车的画面。放慢画面观察我是怎样拉车的。

 

〖问题导思〗手拉绳的力产生了哪些作用效果?手拉绳的力与绳拉车的力在大小上有什么关系?我们可以来模拟这个情景。

 

〖学生活动〗(先视频展示操作)先用一只弹簧秤拉橡皮条的中点,记下结点的位置,这个力好比我用一只手拉绳的力。之后,用两只弹簧秤同时拉到该结点处,使弹簧秤与橡皮条在一条线上,记下弹簧秤的示数和细绳套的方向,这两个力好比绳拉车和树的力。请同学们在白纸上记下两分力的大小,画出两分力的方向(为方便比较同学们的测量结果,在用一只弹簧秤测量时统一用05N的力拉。)

 

〖展台展示〗学生测得的不同分力

 

〖问题导思〗同学们都是用05N的力从中点拉,为什么测量的分力大小会不同?比较两组同学测的分力。

 

合力一定、两分力大小相等的情况下,两分力夹角越大,分力就更大。

 

这就是为什么我拉车之前要把绳拉紧的原因。

 

从测量值我们还可以发现,两个分力夹角很大的情况下分力可能远远大于合力。这说是我单手拉车的奥秘。

 

由于同学们固定橡皮条的长度不同,使相同的力产生了不同的作用效果,得到了不同的分力。可见,如果没有作用效果的限制,一个力F可以分解成无穷多对分力。

 

如果没有限制,一个力F可以分解为无数对大小、方向不同的分力。(展示作出的平行四边形的过程

 

最后我们一起来回顾下本节课的主要内容。请看屏幕。

 

一个力究竟该怎样分解?这里我们探究了根据力作用效果分解的方法,这样分解的目的是什么?还有没有其它分解方法?这些就留给同学们课后继续探索。

让学生带着问题开始学习,再带着新的问题离开课堂,体会科学探究的乐趣。

引导学生将所学应用于生活

〖课件展示〗(图片)引桥、滑雪

 

同学们,物理就在我们的生活中,只要我们留心观察,就能感受到物理知识的奇妙和劳动人民的智慧。这里我为同学们收集了一些我们身边的画面。(图片最后停在拉链的图片)拉链是大家非常熟悉的东西,其实它可以归入本节课学习的斜面模型。

 

同学们,让我们放慢脚步,多去观察、思考、感悟身边的物理世界。屏幕的左侧有我的e-mail网址,期待与同学们交流,谢谢大家。

 

 

 

探究之路永无止境。

 


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