第三章 相互作用与力的平衡单元教学设计.docx
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第三章相互作用与力的平衡单元教学设计
第三章相互作用与力的平衡-单元教学设计
一、单元教学任务分析
1.单元内容分析
本单元的学习中，通过研究各类运动项目和生活情境中的平衡结构，介绍了生活中几类常见的力：
重力、弹力、摩擦力，学生通过学习能够理解常见力的概念，能运用力的知识解释、解决生产、生活实际中的简单问题。
通过实验探究理解力的合成与分解的平行四边形定则，能运用等效代替的物理方法，认识实验对归纳、提炼物理规律的推动作用。
通过理论推导和实验论证理解共点力平衡的条件，认识到共点力平衡在常见的悬吊、起重、支撑中的作用，经历物理建模、问题解决的过程。
经历本单元的学习后，学生能够在实验中运用等效替代、力的图示等方法，通过分析、归纳得出平行四边形定则，形成实事求是、一丝不苟的科学态度。
在分析建筑物支撑结构或运动项目的平衡等生活实际问题中，感悟物理知识的实际应用价值，能运用物体平衡的知识自觉提高日常生活的安全意识，具有一定的对平衡状态进行判定的意识。
2.学情分析
上海市西郊学校是一所有体教结合的特色学校，因此在进行单元教学设计时会考虑与体育运动相结合的情景作为单元的大任务驱动。
因学生的学习能力相对薄弱，因此会在课堂中提供以教师传达任务，引领的学生自主活动和自主探究，通过问题链的方式一步一步深入每节课的主题。
本章节的学习过程中让学生体会物理规律的研究过程，经历实验探究、推理验证的过程，体会等效替代和数形结合的物理方法，帮助学生养成用运动的观念来研究和分析生活现象的意识，并为进一步学习力和运动的关系奠定基础。
2.单元内容与核心素养的关联分析
编号
核心内容
物理观念
科学思维
科学探究
科学态度与责任
3.1
力
●
○
○
○
3.2
重力
◎
○
○
◎
3.3
弹力
●
◎
●
◎
3.4
摩擦力
●
●
◎
◎
3.5
力的合成
◎
●
●
●
3.6
力的分解
◎
●
◎
◎
3.7
共点力的平衡
●
●
◎
◎
二、单元教学目标确定
1.单元核心任务分析
本单元的学习在初中物理知识的基础上进一步认识常见的力，以及力的合成、分解与平衡。
本章是学习力学、电磁学的基础，有助于学生逐步形成相互作用的观念。
本单元你的核心任务围绕“竞技场上的平衡”展开，从研究不同类型的经济运动入手，渗透了生活中常见的力的学习，同时能让学生感受从实际生活场景抽象到物理模型的建构思想，学会用实验来研究规律的方法。
并在发现合力与分力联系的基础上，通过演绎归纳得出共点力平衡的条件，具有普适价值。
整个单元的设计体现了物理来源于生活，又回归于生活，从特殊到一般再到特殊，从简单到复杂，从认识现象到规律应用并解决问题的内容编排，符合认知规律。
2.单元教学目标
（1）认识重力、弹力、摩擦力等生活中常见的力，能用共点力的平衡条件分析实际问题，初步形成运动与相互作用的观念。
（2）经历力的概念建构过程，学习描述生活中相互作用的方法，在运用平行四边形定则求解合力与分力的过程中体会等效替代的思想方法。
（3）在研究合力与分力关系的实验中，运用控制变量的思想学习实验方案的设计，经历收集、分析实验数据的过程，能根据证据得出结论并作出解释，知道实验存在误差。
能表达科学探究的过程与结果。
（4）通过对现象和问题的描述与解释，激发物理学习的兴趣；在实验中体验与他人的合作，培养实事求是的态度。
三、单元教学结构创建
1.单元教学结构图（图表）
单元核心任务
单元核心任务分解
教学内容
课时安排
探究竞技运动中的力与平衡
认识生活中常见的力
重力
重力、弹性形变、弹力大小，胡克定律
2
弹力
摩擦力
静摩擦、滑动摩擦
1
处理力
力的合成
合力、分力、等效替代、平行四边形定则
2
力的分解
平行四边形定则、等效替代
1
共点力平衡
平衡条件
共点力的平衡条件，平衡条件的应用，动态平衡
3
平衡条件应用
2.单元教学结构图说明
单元核心任务分析
重点活动
教学内容
课时安排
认识生活中常见的力
1、情境展示：
章首图，讨论攀登者会受到什么力的作用
力的概念（相互性、物质性、矢量性、作用效果、力的三要素、力的表示）、重力
3
2、问题引入:
如何描述这些力？
3、概念引入：
力的概念、力的相互性、力的物质性（施力物体、受力物体）、力的作用效果、重力大小方向作用点
4、分析讨论：
回顾重力的大小、方向，结合例题回顾重力的大小计算，力的图示的画法，辨析重心的位置和什么因素有关。
5、总结：
力有三要素：
大小、方向、作用点
介绍力的矢量性和力的表示（力的示意图和力的图示）
弹力，实验探究弹力大小与形变量之间的关系
6、大家谈：
我们学过的哪些物理量是矢量？
如何用图示法表示这些矢量？
7、情境展示：
皮筋、弹簧、射箭、桌面上的花盆
8、分析讨论:
以上物体的受力情况，有何共同点？
9、规律总结：
引出弹性形变、弹力的概念
10、讨论：
弹力的大小和什么因素有关
摩擦力
11、实验探究：
探究弹力大小和什么因素有关
12、形成结论：
胡克定律
13、情景引入：
水平地面上推箱子
14、演示：
力传感器探究摩擦力大小与外力关系
15、规律总结：
介绍静摩擦和动摩擦力
力的合成
1情境展示：
两个弹簧测力计拉一个钩码，一个测力计拉钩码，起重机吊起钢筋，航天器返回舱
力的合成
2
2问题引入：
合力与分力
3实验探究：
探究两个互成角度的力的合成规律
4形成结论：
平行四边形定则
5巩固：
例题练习
6总结：
分力与合力的大小关系
力的分解
1问题引入：
负重跑中拉力有哪些效果？
力的分解
1
2形成结论：
力的分解遵循平行四边形定则，实际情景中按力的作用效果进行分解
3巩固提升：
思考力的分解的多解问题
共点力平衡
1情境展示：
平衡木项目
平衡条件和平衡条件的应用
2
2问题引入：
平衡状态
3分析讨论：
多个共点力作用下物体平衡的条件是什么？
4形成结论:
合力为零
5情境展示：
网兜将球挂在墙上
6问题引入：
支持力和拉力是多少？
7分析讨论：
受力分析
8形成结论：
力的合成，F合=0
9拓展猜想：
若斜面倾角增大，依旧沿斜面向上运动，拉力怎么变？
10、情景展示：
风力作用下的小球
动态平衡
11、分析讨论：
合成法和分解法分别分析
12、归纳结论：
三个力用合成法，多与三个力用分解法
四、教学设计举例
3.2力的合成
一、教材分析
本节利从生活生产中的实例入手，通过介绍港珠澳大桥上的绳索、起重机吊重物的钢缆、航天器返回舱降落伞的绳索等，引出共点力的概念；然后通过实验探究分析最基本的两个互成角度的共点力的合成的规律，学生能够认识到共点力的作用效果可被等效替代，进而通过引导推理，引申到多个力合成的规律，学生感受从特殊到一般的思维方式。
同时，本节通过学生实验和示例认识和掌握数形结合的方法，并且有利于发展学生的合作意识、实事求是的科学态度。
二、学情分析
本节课学生已经学习过生活中常见的力（重力、弹力、摩檫力），对力的三要素（大小、方向、作用点）、物质性（施力物体和受力物体）、矢量性（力的表示）等有了较深的理解，也已经能够对物体所受到的力进行简单规范的分析和表示，能够引起学生进一步思考，物体在收到多个力的时候，力之间有何关系？
物体的运动状态和受力情况有何关系？
为本节课提供了悬念。
但由于本班学生学习较为浮躁，个别同学对力的表示和力的概念的理解还不能够完全熟悉和掌握，还存在受力分析时的不规范、力的方向的混淆的问题，因此本节课在学习过程中仍然需要强调力的规范表示。
三、教学目标
1、经过实验探究理解力的合成规律，进一步了解等效替代的方法；
2、经历互成角度的共点力的合成规律的实验探究过程，进一步明确力的表示的规范性，进一步发展严谨的科学态度和合作意识。
四、重难点
1、重点：
力的合成规律（平行四边形定则）
2、难点：
等效替代的思想方法
五、教学过程
环节
教师活动
学生活动
复习和引入
①问：
生活中常见的有哪几种力？
②用自己的话描述什么是重力、弹力、摩檫力？
③这些力的大小、方向、作用点分别是什么？
④【展示图片】港珠澳大桥的钢索、起重机起吊钢材的钢缆、航天器返回舱降落伞的伞绳，提问：
图片中涉及到哪些力？
这些力有什么相同点？
①答：
重力、弹力、摩檫力
②【学生回答】弹力概念模糊
③【学生回答】
④答：
图中有绳子的拉力、重力等。
这些力作用在同一点上等
概念介绍
①画图分析各图片受力情况引出这些力作用于物体上同一点或力的作用线可以相交于同一点，进而引出共点力概念【板书】
②举例判断哪些情况是共点力（思考题1）
③学生体验：
两个弹簧静止提着一个钩码和一个弹簧测力计静止提着一个钩码，
问：
两种情况下力的作用效果如何？
④【板书】物体同时受到几个力的作用时，我们可以用一个力来替代这几个力，使这个力产生的效果与几个力同时作用的效果相同。
这个力就称为合力，而原来的几个力称为这个合力的分力。
⑤问：
两个弹簧一起提起钩码时，力的大小和测力计的方向有什么关系？
如果两个分力在同一条直线上两个分力的和等于合力的大小吗？
如果两个分力不在同一条直线上呢？
①根据引导，了解共点力的概念，记笔记
②根据共点力概念进行判断
③感受两个力作用物体和一个力作用物体上效果如何
答：
效果相同
④记笔记，理解分力、合力以及力的合成的概念
⑤两个测力计夹角越大，力越大。
分力在同一条直线上时分力的数值之和等于合力大小，不在同一条直线上时，分力数值之和不等于合力大小。
学生实验
①介绍实验目的：
探究两个互成角度的力的合成规律
②问：
前面的情境中，两个弹簧共同作用和一个弹簧作用，他们的效果是相同的，那么两个弹簧的力数值相加是否等于一个弹簧的力的数值呢？
究竟满足什么关系？
③介绍实验原理
④问：
根据实验器材。
如何表示两个分力F1、F2？
如何表示合力F？
⑤问：
如何让两次力的作用效果相同？
⑥观察学生的合作实验，并指导。
①明确实验目的
②答：
效果相同，分力的数值之和不等于合力的数值。
思考合力和分力满足什么关系？
③体会等效替代方法的应用
④答：
可以用力的图示的方式表示合力和分力
⑤答：
分别用两个力、一个力将橡皮筋拉到同一位置即可
⑥分组实验并分析
实验总结和交流
①展示2~3组实验结果，点评
②总结实验（学生合作情况、实验完成情况、实验结论）
①体会实验探究过程，体会数形结合的思想，得出力的合成满足平行四边形定则
知识总结和应用
①【总结规律】实验表明：
两个共点力F1、F2的合力F可以用以这两个力为邻边构成的平行四边形的对角线表示（作图并板书）。
这就是力的平行四边形定则。
②讲解例题：
课本P58示例.
①巩固力的合成的平行四边形定则。
②运用平行四边形定则分析和解决简单问题。
六、板书设计
3.4共点力的平衡
一、教学任务分析
共点力的平衡是在学习了“力的合成”和“力的分解”基础上，对初中阶段已经初步学习过的物体平衡的知识的进一步学习，有关物体平衡的知识是今后学习牛顿定律等内容的基础，因此不仅在本章中具有重要的地位，而且在整个高中阶段都是非常重要。
学习共点力的平衡需要以“力的合成”和“力的分解”的知识，以及对物体受力情况的分析和匀速直线运动的知识为基础。
通过录像、图片等现实生活中的事例，引出在共点力作用下物体平衡的概念。
联系“力的合成”和“力的分解”的知识以及对物体受力情况的分析，通过理论推导，运用等效、图示、推理等科学方法得出不在同一直线上、共点的三个力的平衡条件同样是F合=0，进而推广到一般情况，即共点力的平衡条件：
F合=0。
通过课内学习训练，巩固对物体在共点力作用下平衡条件的理解。
本设计强调对共点力作用下物体平衡条件的理解及应用，并了解我国神州十一号飞船的相关科学成就，激发爱国主义情怀和对科学的追求。
二、教学目标
1、知道在共点力作用下物体平衡的概念。
2、理解共点力平衡条件的推理过程，感受等效、图示等科学方法。
3、初步学会利用共点力作用下的平衡条件解决实际问题。
三、教学重点和难点
重点：
物体在共点力作用下的平衡概念和平衡的条件。
难点：
共点力的平衡条件的应用。
四、教学设计思路
本设计的内容包括两个部分：
一是物体平衡的概念；二是物体在共点力作用下的平衡条件应用。
本设计的基本思路是：
以录像、图片为基础，通过观察、分析、归纳得到物体在共点力作用下的平衡概念，进而根据理论推导，分析、归纳得出物体在共点力作用下的平衡条件，即F合=0。
最后通过我国神州十一号飞船的介绍，激发爱国主义情怀和对科学的追求，巩固所学的知识，感悟物理学在社会发展中的重要作用。
本设计要突出的重点是：
物体在共点力作用下的平衡概念和平衡的条件。
方法是：
分析平衡木项目，以及东方明珠、赵州桥及静止的花盆等图片，结合学生的亲身感受，通过观察、分析、归纳得到物体在共点力作用下的平衡概念。
然后，通过理论推导，运用等效、图示、推理等科学方法得出不在同一直线上、共点的三个力的平衡条件同样是F合=0，进而推广到一般情况，即共点力的平衡条件为，F合=0，体现从特殊到一般的归纳推理过程。
五、教学流程
1、教学流程图
2、流程图说明
情景图片，设问
图片：
选用平衡木运动项目、赵州桥及静止的花盆等。
既有利于培养学生发现问题、提出问题的能力和观察能力，也有利于学生了解我国社会主义建设的新成就和我国古代的历史成就等。
理解平衡的概念，是研究有关共点力作用下物体平衡问题的基础。
可结合实例设计设问，帮助学生建立平衡的概念。
活动I理论推导
共点力作用下物体平衡的条件是本节课学习的重要物理规律，应用力的合成将三个力（多个力）平衡等效为二力平衡，得出不在同一直线上、共点的三个力的平衡条件同样是
F合=0，进而推广到一般情况，即共点力的平衡条件为，F合=0
活动II举例生活中的平衡状态
书桌上的杯子、平直公路上匀速行驶的汽车等
3、教学主要环节
本设计可分为四个教学环节：
第一环节，通过创设情景，使学生产生强烈的探究欲望，通过相关的设问建立平衡的概念。
第二环节，通过理论推导，运用等效、图示、推理等科学方法得出不在同一直线上、共点的三个力的平衡条件同样是F合=0，进而推广到一般情况，即共点力的平衡条件为，F合=0。
第三环节，通过应用平衡的条件解决一些简单的实际问题，反馈学生学习情况。
七、教学过程
教学过程
点评
一、平衡木导入
展示节首图。
教师：
在运动员静立的2s时间内，运动员处于什么状态？
教师：
这与本节课学习的受力平衡问题有关。
二、通过图片引入共点力作用下物体的平衡
教师：
生活中的物体有的处于平衡状态，有的处于非平衡状态，其中的平衡比较常见，而且很有实际意义。
下面给大家看一些熟悉的图片：
学生活动：
教师：
这些物体均处于平衡状态，那么，什么叫平衡状态？
板书：
一、平衡状态
定义：
物体处于静止或做匀速直线运动的状态，叫做平衡状态。
三、理论推导共点力作用下物体的平衡条件
教师：
首先来回顾一下初中已经学过的二力平衡的知识。
1、例：
用一根很轻的不可伸长的细线将小钢球悬挂于铁架台上，并保持静止。
教师：
小球处于什么状态？
学生活动：
平衡状态。
教师：
请一位同学来画小球的受力示意图。
学生活动：
（画小球受力示意图）小球受到
重力G和拉力T的作用。
教师：
这两个力的大小、方向有什么关系？
学生活动：
大小相等，方向相反，且在作用在同一直线上。
教师：
这两个力的合力是多少？
学生活动：
合力为零。
板书：
二、共点力的平衡条件
1、二力平衡F合=0
教师：
如果用一个水平拉力使小球偏离原来位置一个角度，并再次达到静止状态，小球共受哪些力的作用？
学生活动：
重力G，水平拉力F，沿细线方向的拉力T。
教师：
小球现在还处于平衡状态吗？
学生活动：
是的。
教师：
这三个力的方向不在同一直线上，它们的合力多大？
学生猜测：
合力为零。
请同学们从理论上验证你们的猜测。
（提示：
能否将三个力变成两个力。
）
2、理论推导三个力平衡的条件
学生活动：
讨论理论推导方案，，并请同学讲述方案，其他同学评价方案的正确性。
板书：
2、三力平衡
1、任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
2、这三个力的合力为零。
教师：
想一想，如果物体受到的是4个力或5个力的作用，物体的平衡条件是否还是合力为零？
学生活动：
（议论）应用类似研究三个力平衡问题的等效替代的方法，可得到多个共点力的平衡条件仍是合力为零。
总结：
共点力平衡的条件：
作用在物体上各力的合力为零，即：
F合=0
四、播放视频（神州十一号飞船返回舱返回）
教师：
神舟十一号飞船是我国于2016年10月17日7时30分在酒泉卫星发射中心，由长征二号FY11运载火箭发射的载人飞船，目的是为了更好地掌握空间交会对接技术、开展地球观测和空间地球系统科学、空间应用新技术、空间技术和航天医学等领域的应用和试验。
飞船入轨后经过2天独立飞行完成与天宫二号空间实验室自动对接形成组合体。
神舟十一号是中国载人航天工程三步走中从第二步到第三步的一个过渡，为中国建造载人空间站做准备。
神舟十一号飞行任务是中国第6次载人飞行任务，也是中国持续时间最长的一次载人飞行任务，总飞行时间长达33天。
2016年11月18日下午，神舟十一号载人飞船顺利返回着陆。
五、课堂练习
练习1、重为5N的木块由弹簧测力计沿着光滑斜面向上拉动。
如果木块做匀速直线运动，弹簧测力计的示数为1.4N，求斜面对木块的弹力。
解法1：
（合成法）解法2：
（分解法）
2、如图所示，斜面倾角为37°，一重为50N的物体静止在上面，求斜收到的摩擦力和支持力大小。
六、课堂小结：
1、平衡状态：
2、共点力平衡条件：
七、课后作业：
通过图片展示，练习生活，激发兴趣
生活中的处于平衡状态的熟悉的事例，使学生对平衡有了感性的认识。
回顾旧知识，有助于学生形成知识体系，对初中知识进行拓展加深。
提出新问题，将学生置于困惑之中，增强渴求知识的意识。
引导学生大胆猜想并通过理论验证猜想是否正确。
激发爱国主义情怀和对科学的追求，巩固所学的知识，感悟物理学在社会发展中的重要作用。
巩固所学知识，学以致用。
学生通过智慧课堂软件拍照上传。
教师展示学生的解答并请解法错误的学生解释自己的解题思路、请正确的同学点评同学的问题所在。
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