資源簡介

3.5《力的分解》課時教案
學(xué)科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 粵教版高中物理必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節(jié)內(nèi)容位于粵教版高中物理必修第一冊第三章第五節(jié)，是“相互作用”單元的重要組成部分。在學(xué)習(xí)了重力、彈力、摩擦力及力的合成之后，學(xué)生已具備矢量運算的基本認(rèn)知。力的分解作為力的合成的逆運算，不僅是對平行四邊形定則的深化應(yīng)用，更是后續(xù)學(xué)習(xí)斜面上物體受力分析、牛頓第二定律實際應(yīng)用的基礎(chǔ)。教材通過生活實例引入，強調(diào)按效果進行分解的思想，并以斜拉橋、滑梯等情境幫助學(xué)生建立物理模型，體現(xiàn)了從生活走向物理、從物理走向社會的新課程理念。
學(xué)情分析
高一學(xué)生剛接觸矢量概念，雖已掌握力的合成，但對矢量的正交分解思想仍較陌生。他們在數(shù)學(xué)上尚未系統(tǒng)學(xué)習(xí)三角函數(shù)，因此在將力沿坐標(biāo)軸分解時容易出現(xiàn)方向判斷錯誤或計算失誤。此外，學(xué)生習(xí)慣于直觀思維，難以理解“一個力可以等效為兩個分力”的抽象概念。針對這些問題，教學(xué)中應(yīng)借助真實情境和動態(tài)演示降低認(rèn)知門檻，通過小組合作探究引導(dǎo)其自主構(gòu)建分解邏輯，強化“效果決定分解方向”的核心思想，逐步提升建模能力與科學(xué)推理素養(yǎng)。
課時教學(xué)目標(biāo)
物理觀念
1. 理解力的分解是力的合成的逆運算，掌握根據(jù)實際作用效果確定分力方向的方法。
2. 能運用平行四邊形定則和三角函數(shù)知識，正確求解已知合力及其作用效果下的兩個分力大小。
科學(xué)思維
1. 經(jīng)歷從具體情境中抽象出物理模型的過程，發(fā)展建模能力和逆向思維能力。
2. 在多情境對比中歸納“按效果分解”的一般思路，提升邏輯推理與歸納概括能力。
科學(xué)探究
1. 通過實驗設(shè)計與操作驗證斜面上物體重力的兩個效果，體驗科學(xué)探究全過程。
2. 利用數(shù)字化傳感器測量分力變化，培養(yǎng)數(shù)據(jù)采集與分析能力。
科學(xué)態(tài)度與責(zé)任
1. 感受力的分解在橋梁、建筑等工程中的廣泛應(yīng)用，增強物理學(xué)習(xí)的興趣與社會責(zé)任感。
2. 在合作探究中養(yǎng)成嚴(yán)謹(jǐn)求實、尊重證據(jù)的科學(xué)態(tài)度。
教學(xué)重點、難點
重點
1. 理解力的分解遵循平行四邊形定則，掌握按實際作用效果進行分解的基本方法。
2. 能結(jié)合具體情境（如斜面、繩掛物）準(zhǔn)確畫出分力示意圖并進行定量計算。
難點
1. 如何根據(jù)力的實際作用效果合理確定兩個分力的方向。
2. 在缺乏三角函數(shù)背景的情況下，正確使用sin、cos進行力的正交分解計算。
教學(xué)方法與準(zhǔn)備
教學(xué)方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗驗證法
教具準(zhǔn)備
數(shù)字力傳感器套件、斜面裝置、小車、彈簧秤、細繩、滑輪組、多媒體課件、實物投影儀
教學(xué)環(huán)節(jié) 教師活動 學(xué)生活動
情境導(dǎo)入
【5分鐘】 一、創(chuàng)設(shè)真實問題情境，激發(fā)探究興趣。 （一）、播放視頻：臺風(fēng)天中山體滑坡現(xiàn)場。
畫面顯示雨水滲透導(dǎo)致山坡上的巖石松動下滑，伴隨解說：“每年因山體失穩(wěn)造成的地質(zhì)災(zāi)害屢見不鮮。工程師如何評估山坡上巖石所受重力的影響？為何有些斜坡更容易發(fā)生滑移？”
提問引導(dǎo)：一塊靜止在斜坡上的石頭，它受到的豎直向下的重力產(chǎn)生了哪些具體效果？這些效果是否可以用不同的力來等效替代？請結(jié)合生活經(jīng)驗思考。
預(yù)設(shè)學(xué)生回答可能包括：“重力把石頭壓在坡上”、“讓石頭往下滑”。教師順勢追問：“如果我們將這個重力‘拆開’，是不是就能分別研究這兩個效果？”從而自然引出“力的分解”主題。
（二）、展示生活實例：拖拉行李箱與懸掛燈籠。
課件出示兩張圖片：一是旅客斜向上拉行李箱前行；二是節(jié)日里用兩根繩子對稱懸掛的大紅燈籠。
設(shè)問：當(dāng)你斜著拉箱子時，拉力除了讓你前進外，還對你有什么影響？——可能會感覺箱子變輕了，說明拉力有一部分在“提”箱子。
再問：燈籠被兩根繩子吊著，每根繩子都有拉力，它們共同平衡了燈籠的重力。那么重力是如何被這兩個拉力“分擔(dān)”的？
通過這三個層層遞進的情境——自然災(zāi)害、日常出行、節(jié)日裝飾——讓學(xué)生意識到，“一個力產(chǎn)生多個效果”是普遍存在的物理現(xiàn)象，而“力的分解”正是揭示這種內(nèi)在機制的關(guān)鍵工具。這不僅增強了學(xué)習(xí)的現(xiàn)實意義，也埋下了“按效果分解”的思想種子。 1. 觀看視頻，思考重力在斜面上的作用效果。
2. 分析拉行李箱時拉力的不同作用。
3. 討論懸掛燈籠中重力與繩子拉力的關(guān)系。
4. 初步感知“一個力可分解為多個分力”的概念。
評價任務(wù) 情境理解：☆☆☆
問題提出：☆☆☆
初步猜想：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過真實災(zāi)害事件引發(fā)學(xué)生對力學(xué)安全的關(guān)注，體現(xiàn)物理的社會價值；選取貼近生活的三個典型場景形成“問題串”，促使學(xué)生從直覺感知上升到理性思考，激活已有經(jīng)驗，為后續(xù)建立“按效果分解”的物理模型提供豐富素材和認(rèn)知支架。
新知建構(gòu)
【12分鐘】 一、回顧舊知，建立逆向思維橋梁。 （一）、復(fù)習(xí)力的合成規(guī)律，引出逆運算概念。
教師在黑板上繪制兩個共點力F 和F ，引導(dǎo)學(xué)生回憶：“當(dāng)我們有兩個力同時作用在一個物體上時，可以用什么方法找到它們的合力？”學(xué)生回答后，教師規(guī)范作圖，完成平行四邊形定則的應(yīng)用過程。
接著反問：“如果我們只知道一個力F，能否找到兩個力，使它們共同作用的效果與F完全相同？”此時明確指出：這一過程就是“力的分解”，它是力的合成的逆運算。
進一步強調(diào)：“就像10可以分解成6+4，也可以分解成7+3一樣，一個力理論上可以分解成無數(shù)對不同的分力。”隨即在白板上演示：以合力F為對角線，畫出不同形狀的平行四邊形，對應(yīng)得到不同的分力組合F '和F '、F '和F '……
關(guān)鍵轉(zhuǎn)折提問：“既然分解方式無窮多，我們在實際問題中該如何選擇最合理的那一對分力呢？”由此引出決定性原則——必須依據(jù)力的實際作用效果來確定分力的方向。
二、聚焦典型情境，提煉分解方法。 （一）、深入剖析斜面上物體的重力分解。
教師出示固定傾角θ的光滑斜面模型，放置一小車于其上，提問：“小車受到的重力G會產(chǎn)生哪些效果？”引導(dǎo)學(xué)生觀察并討論：
效果一：使小車緊壓斜面 → 對應(yīng)一個垂直于斜面向下的壓力效果；
效果二：使小車沿斜面向下加速滑動 → 對應(yīng)一個平行于斜面向下的下滑趨勢。
據(jù)此，教師提出：“為了等效描述這兩個獨立效果，我們應(yīng)該把重力G沿著哪兩個方向分解？”學(xué)生逐步得出結(jié)論：應(yīng)沿“垂直于斜面”和“平行于斜面”兩個方向分解。
隨后，教師規(guī)范作圖：以重力G為對角線，構(gòu)建平行四邊形，使其兩個鄰邊分別平行于上述兩個方向。標(biāo)出分力符號：G⊥表示垂直斜面的分力（即正壓力來源），G∥表示平行斜面的分力（即下滑力）。
緊接著，利用幾何關(guān)系講解三角函數(shù)表達式推導(dǎo)過程：在由G、G⊥、G∥構(gòu)成的直角三角形中，∠θ即為斜面傾角，故有：
G∥ = G·sinθ
G⊥ = G·cosθ
教師特別提醒：“這里sin對應(yīng)對邊，cos對應(yīng)鄰邊，切勿混淆。”并通過改變斜面角度動態(tài)演示分力大小的變化趨勢，強化直觀感受。 1. 回憶力的合成法則，理解分解為其逆運算。
2. 觀察多種分解可能性，認(rèn)識分解的不確定性。
3. 分析斜面上重力的兩個作用效果。
4. 參與公式推導(dǎo)，理解G∥與G⊥的三角函數(shù)關(guān)系。
評價任務(wù) 概念遷移：☆☆☆
模型構(gòu)建：☆☆☆
公式理解：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過“逆運算”視角打通新舊知識聯(lián)系，避免孤立教學(xué)；利用圖形動態(tài)展示無限分解的可能性，突出“按效果確定方向”的必要性；以斜面為例深度建模，既呼應(yīng)導(dǎo)入情境，又為后續(xù)實驗驗證奠定理論基礎(chǔ)，實現(xiàn)“現(xiàn)象—模型—數(shù)學(xué)表達”的完整閉環(huán)。
實驗探究
【15分鐘】 一、設(shè)計并實施實驗，驗證重力分解效果。 （一）、布置任務(wù)，明確探究目標(biāo)。
教師宣布：“接下來我們將親手驗證斜面上重力分解的合理性。你們的任務(wù)是：使用提供的器材，測量小車在不同傾角斜面上所受‘下滑力’的大小，并與理論值G·sinθ進行比較。”
分發(fā)實驗任務(wù)單，包含以下內(nèi)容：
1. 實驗?zāi)康模候炞C重力沿斜面方向的分力G∥=G·sinθ
2. 器材清單：帶刻度斜面軌道、小車（已知質(zhì)量m=0.5kg）、數(shù)字測力計（量程0~10N）、量角器、支撐架
3. 步驟提示：
a. 調(diào)節(jié)斜面至指定角度θ（如30°、45°、60°）
b. 將測力計連接小車，沿斜面方向緩慢拉動直至剛好移動，記錄此時拉力F（近似等于最大靜摩擦前的下滑力）
c. 計算理論值G∥=mg·sinθ（取g=10m/s ）
d. 比較F與G∥，分析誤差來源
（二）、組織小組合作，開展動手實踐。
全班分為6個小組，每組4人，分工明確：一人調(diào)節(jié)斜面角度并讀數(shù)，一人操作測力計并讀數(shù)，一人記錄數(shù)據(jù)，一人負(fù)責(zé)計算與匯報。
教師巡視指導(dǎo)，重點關(guān)注：
- 測力計是否保持與斜面平行？若傾斜會導(dǎo)致測量值偏大或偏小？
- 小車是否處于即將滑動的臨界狀態(tài)？過早讀數(shù)會低估下滑力。
- 角度測量是否準(zhǔn)確？建議使用電子傾角儀輔助提高精度。
當(dāng)某組成功獲得一組有效數(shù)據(jù)后，鼓勵他們嘗試更換角度重復(fù)實驗，積累更多樣本。
二、匯總數(shù)據(jù)，進行科學(xué)論證。 （一）、投影各組實驗結(jié)果，組織集體分析。
教師將各組測得的F值和計算的G∥值輸入電子表格，實時生成柱狀對比圖。
例如：
θ F (N) G∥=mg·sinθ (N)誤差率30°2.482.500.8%45° 3.52 3.54 0.6%60°4.30 4.33 0.7%
引導(dǎo)學(xué)生觀察：“實驗值與理論值非常接近，說明我們對重力分解的假設(shè)是合理的。”
進一步提問：“為什么會有微小誤差？”啟發(fā)學(xué)生思考空氣阻力、軌道摩擦、讀數(shù)誤差等因素，培養(yǎng)學(xué)生批判性思維。
最后總結(jié)：“實驗有力支持了我們的模型——重力確實可以按‘壓緊斜面’和‘促使下滑’兩種效果進行分解，且數(shù)學(xué)表達式成立。” 1. 明確實驗?zāi)繕?biāo)，領(lǐng)取任務(wù)單。
2. 小組分工協(xié)作，完成角度調(diào)節(jié)與測力操作。
3. 準(zhǔn)確記錄原始數(shù)據(jù)，計算理論值。
4. 參與數(shù)據(jù)分析，得出實驗結(jié)論。
評價任務(wù) 操作規(guī)范：☆☆☆
數(shù)據(jù)真實：☆☆☆
結(jié)論合理：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過真實實驗讓學(xué)生親歷“提出假設(shè)—設(shè)計方案—獲取證據(jù)—得出結(jié)論”的完整科學(xué)探究過程；數(shù)字化工具提升測量精度與可視化效果；小組合作促進交流協(xié)作；誤差分析環(huán)節(jié)深化對理想模型與現(xiàn)實差異的理解，真正落實“做中學(xué)”理念。
遷移應(yīng)用
【8分鐘】 一、拓展應(yīng)用場景，深化理解層次。 （一）、分析繩系物體的張力分配。
課件展示一幅圖：一個質(zhì)量為m的物體懸掛在兩根對稱的細繩之間，形成夾角2α，頂點固定于天花板。
設(shè)問：“物體的重力G被兩根繩子共同承擔(dān)，每根繩子的拉力T有多大？”
引導(dǎo)學(xué)生分析重力的效果：拉伸左右兩根繩子，使其產(chǎn)生張力。由于對稱，兩繩拉力大小相等。
教師示范建模：將重力G沿兩繩方向分解，構(gòu)建菱形（特殊平行四邊形）。利用對稱性可知，每個拉力T與豎直方向夾角為α。
在分解三角形中，G為底邊，T為兩腰，由力的矢量關(guān)系得：
2T·cosα = G T = G / (2cosα)
強調(diào)：“當(dāng)夾角增大時，cosα減小，拉力T反而增大！這就是為什么晾衣繩不能繃得太緊，否則容易斷裂。”
二、聯(lián)系工程技術(shù)，體現(xiàn)學(xué)科價值。 （一）、解讀斜拉橋的力學(xué)智慧。
播放一段港珠澳大橋或上海楊浦大橋的航拍視頻，特寫斜拉索結(jié)構(gòu)。
講解：“每一根斜拉索都在承受橋面的一部分重量。工程師正是運用力的分解原理，將豎直向下的橋體重力，分解到無數(shù)根斜向的鋼索中，從而分散載荷，增強穩(wěn)定性。”
設(shè)問：“如果某根拉索與橋面夾角很小，意味著它承擔(dān)的拉力會很大還是小？”引導(dǎo)學(xué)生用T=G/(2cosα)類比推理，得出“夾角越小，拉力越大”，進而理解為何現(xiàn)代大橋常采用大角度斜拉設(shè)計以優(yōu)化受力。
此環(huán)節(jié)不僅拓寬視野，更讓學(xué)生深刻體會到物理學(xué)是支撐現(xiàn)代文明的重要基石。 1. 分析對稱懸掛中重力的分解方向。
2. 理解T = G/(2cosα)的推導(dǎo)過程。
3. 解釋生活中繩子易斷的原因。
4. 領(lǐng)悟斜拉橋中的物理原理。
評價任務(wù) 模型遷移：☆☆☆
公式應(yīng)用：☆☆☆
解釋現(xiàn)象：☆☆☆
設(shè)計意圖 通過非正交分解案例打破學(xué)生“只能沿水平豎直分解”的思維定勢；引入對稱性簡化分析，提升綜合建模能力；以國家重大工程為載體，展現(xiàn)物理之美與力量，激發(fā)民族自豪感與學(xué)習(xí)內(nèi)驅(qū)力，實現(xiàn)知識、能力與情感的三維融合。
課堂總結(jié)
【5分鐘】 一、結(jié)構(gòu)化梳理，升華認(rèn)知境界。 （一）、系統(tǒng)回顧本課核心脈絡(luò)。
教師站在講臺中央，緩緩說道：“今天我們踏上了一段探尋‘力的秘密’之旅。從山體滑坡的警示，到行李箱的牽引，再到燈籠的懸掛，我們發(fā)現(xiàn)——原來一個看似簡單的力，背后竟藏著多重角色。”
一邊說，一邊在黑板上勾勒思維主線：
“力的分解 ≠ 數(shù)學(xué)拆分，而是基于**物理效果**的真實再現(xiàn)。”
“它沒有唯一答案，卻有最優(yōu)選擇——那就是回到現(xiàn)實情境中去尋找線索。”
“無論是斜面上的下滑之力，還是繩索中的張力之網(wǎng)，我們都用平行四邊形定則為尺，以三角函數(shù)為筆，描繪出了力的世界地圖。”
（二）、引用名言，激勵未來探索。
投影愛因斯坦語錄：“想象力比知識更重要，因為知識是有限的，而想象力概括著世界，推動進步，是知識進化的源泉。”
教師深情結(jié)語：“同學(xué)們，你們今天不僅學(xué)會了分解一個力，更是在練習(xí)一種思維方式——把復(fù)雜問題拆解為可操作的部分。這種能力，將伴隨你們解開更多自然之謎。愿你們永遠保有這份好奇與勇氣，在未來的科學(xué)征途中，像力一樣堅定方向，像分力一樣協(xié)同發(fā)力，成就屬于自己的合力人生！” 1. 跟隨教師回顧知識框架。
2. 理解“按效果分解”的核心思想。
3. 感受物理思維的普適價值。
4. 激發(fā)持續(xù)探索科學(xué)的熱情。
評價任務(wù) 知識整合：☆☆☆
思想領(lǐng)悟：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
設(shè)計意圖 采用“情景回溯+哲學(xué)升華”雙線總結(jié)，既鞏固知識點，又提升思維高度；引用科學(xué)巨匠話語賦予課堂人文厚度；結(jié)尾寄語將物理概念轉(zhuǎn)化為人生隱喻，實現(xiàn)學(xué)科育人目標(biāo)，讓學(xué)生帶著感動與力量離開課堂。
作業(yè)設(shè)計
一、基礎(chǔ)鞏固題
1. 將一個大小為20N的力F分解為兩個分力F 和F ，已知F 的方向與F成30°角，F(xiàn) 的方向與F成60°角，且F 與F 均在同一平面內(nèi)。試用作圖法求出F 和F 的大小。（要求：使用直尺和量角器規(guī)范作圖，保留作圖痕跡）
2. 質(zhì)量為2kg的物體靜止在傾角為37°的斜面上（sin37°≈0.6，cos37°≈0.8）。求：
(1) 物體所受重力沿斜面向下的分力大小；
(2) 物體對斜面的壓力大小。
二、拓展提升題
3. 如圖所示，一名登山者通過一根輕質(zhì)繩索橫跨山谷，繩索兩端固定于等高巖壁上，中間最低點距兩端水平距離均為L，垂直下垂高度為h。若登山者連同裝備總重為G，請推導(dǎo)繩索兩端所受拉力T的表達式（用G、L、h表示）。提示：先分析重力產(chǎn)生的兩個效果，再利用幾何關(guān)系找出角度。
4. 查閱資料，了解中國古代建筑（如斗拱、飛檐）中的力學(xué)智慧，寫一段200字左右的文字，說明其中可能蘊含的力的分解思想。
【答案解析】
一、基礎(chǔ)鞏固題
1. 作圖步驟：
① 選定標(biāo)度（如1cm代表5N），畫出合力F=4cm長的線段；
② 從F起點出發(fā)，作30°射線表示F 方向，從F終點作60°反向延長線；
③ 過F終點作F 方向的平行線，過F起點作F 方向的平行線，交于一點；
④ 測量兩鄰邊長度并換算得：F ≈10.4N，F(xiàn) ≈17.3N。
2. 解：
(1) G∥ = mg·sin37° = 2×10×0.6 = 12N；
(2) G⊥ = mg·cos37° = 2×10×0.8 = 16N，壓力大小等于G⊥ = 16N。
二、拓展提升題
3. 設(shè)繩索與水平方向夾角為θ，則tanθ = h/L，cosθ = L/√(L +h )；
由對稱性，2T·cosθ = G T = G/(2cosθ) = G√(L +h )/(2L)
4. （示例）斗拱結(jié)構(gòu)通過層層出挑的木構(gòu)件，將屋頂?shù)木薮笾亓恐鸺壪蛲鈧鬟f，最終分散到立柱上。這種設(shè)計巧妙地將豎直向下的壓力分解為多個斜向支撐力，提高了建筑的整體穩(wěn)定性和抗震性能，體現(xiàn)了古人對力的分解原理的樸素應(yīng)用。
板書設(shè)計
§3.5 力的分解
┌──────────────┐
│ 核心思想 │
│ 力的分解 = 合成逆運算 │
│ 原則：按實際作用效果 │
└──────────────┘
【典型模型1：斜面】
分解方向：∥斜面 & ⊥斜面
G∥ = G·sinθ（下滑力）
G⊥ = G·cosθ（正壓力）
【典型模型2：對稱懸掛】

T = G/(2cosα)，α↑ T↓
★ 關(guān)鍵詞：效果 → 方向 → 平行四邊形 → 三角函數(shù)
教學(xué)反思
成功之處
1. 以“山體滑坡”為切入點，成功構(gòu)建貫穿全課的問題主線，實現(xiàn)了情境驅(qū)動下的深度學(xué)習(xí)。
2. 實驗環(huán)節(jié)采用數(shù)字傳感器與傳統(tǒng)器材結(jié)合，數(shù)據(jù)精準(zhǔn)可視，極大提升了學(xué)生的參與熱情與論證說服力。
3. 結(jié)尾引用愛因斯坦名言并升華至人生哲理，實現(xiàn)了知識傳授與價值引領(lǐng)的有機統(tǒng)一。
不足之處
1. 部分學(xué)生在三角函數(shù)應(yīng)用時仍顯生疏，今后應(yīng)在數(shù)學(xué)銜接上下功夫，可提前補充簡易三角比知識。
2. 實驗時間略顯緊張，個別小組未能完成全部角度測量，下次可精簡步驟或增加預(yù)備實驗組。
3. 對非對稱分解情境涉及較少，可增設(shè)一道開放性挑戰(zhàn)題滿足學(xué)有余力學(xué)生的需求。

展開更多......

收起↑