高中数学平面向量的线性运算教学设计 教材分析 本节首先从数及数的运算谈起,有了数只能进行计数,只能引入了运算,数 的威力才得以充分展现。类比数的运算,向量也能够进行运算,运算引入后,向 量的工具作用才能得到充分发挥。教学中应引导学生体会考察一个量的运算问 题,最主要的是认清运算的定义及其运算律,这样才能正确、方便地实施运算 平面向量的线性运算包括:向量加法、向量减法、向量数乘运算,以及它们 之间的混合运算。其中加法运算是最基本、最重要的运算,减法、数乘运算都以 加法运算为基础,都可以归结为加法运算。 向量的加法运算是通过类比数的加法,以位移的合成、力的合成等两个物理 模型为背景引入的,使加法运算的学习建立在学生已有认知基础上。由于向量有 方向,在进行运算时,不但要考虑大小,而且要考虑方向,应注意体会向量运算 与数的运算的联系与区别,更好地把握向量加法的特点, 类比数的减法(减去一个数等于加上这个数的相反数),向量减法的实质是: 减去一个向量,等于加上这个向量的相反向量;向量数乘运算则是相同向量的连 因此,与数的运算的类比,是学习向量的线性运算的重要方法。 向量的线性运算具有深刻的物理背景和几何意义,使得向量在解决物理和几 何问题时可以发挥很好的作用。 2.2.1向量加法运算及其几何意义 教学分析 向量的加法是学生在认识向量概念之后首先要掌握的运算,是向量的第二节 内容.其主要内容是运用向量的定义和向量相等的定义得出向量加法的三角形法 则、平行四边形法则,并对向量加法的交换律、结合律进行证明,同时运用他们进 行相关计算,这可让同学们进一步加强对向量几何意义的理解,同时也为接下来 学习向量的减法奠定基础,起到承上启下的重要作用.学生已经通过上节的学习, 掌握了向量的概念、几何表示,理解了什么是相等向量和共线向量.在学习物理的 过程中,已经知道位移、速度和力这些物理量都是向量,可以合成,而且知道这些 矢量的合成都遵循平行四边形法则,这为本课题的引入提供了较好的条件 培养数学的应用意识是当今数学教育的主题,本节课的内容与实际问题联系 紧密,更应强化数学来源于实际又应用于实际的意识.在向量加法的概念中,由于 涉及到两个向量有不平行和平行这两种情况,因此有利于渗透分类讨论的数学思 想,而在猜测向量加法的运算律时,通过引导学生利用实数加法的运算律进行类 比.则能培养学生类比、迁移等能力.在实际教学中,类比数的运算,向量也能够进 行运算.运算引入后,向量的工具作用才能得到充分发挥.实际上,引入一个新的 量后,考察它的运算及运算律,是数学研究中的基本问题.教师应引导学生体会考 察一个量的运算问题,最主要的是认清运算的定义及其运算律,这样才能正确、方 便地实施运算 向量的加法运算是通过类比数的加法,以位移的合成、力的合力等两个物理 模型为背景引入的.这样做使加法运算的学习建立在学生已有的认知基础上,同 时还可以提醒学生注意,由于向量有方向,因此在进行向量运算时,不但要考虑大 小问题,而且要考虑方向问题,从而使学生体会向量运算与数的运算的联系与区 别.这样做,有利于学生更好地把握向量加法的特
1 高中数学 平面向量的线性运算 教学设计 教材分析 本节首先从数及数的运算谈起，有了数只能进行计数，只能引入了运算，数 的威力才得以充分展现。类比数的运算，向量也能够进行运算，运算引入后，向 量的工具作用才能得到充分发挥。教学中应引导学生体会考察一个量的运算问 题，最主要的是认清运算的定义及其运算律，这样才能正确、方便地实施运算。 平面向量的线性运算包括：向量加法、向量减法、向量数乘运算，以及它们 之间的混合运算。其中加法运算是最基本、最重要的运算，减法、数乘运算都以 加法运算为基础，都可以归结为加法运算。 向量的加法运算是通过类比数的加法，以位移的合成、力的合成等两个物理 模型为背景引入的，使加法运算的学习建立在学生已有认知基础上。由于向量有 方向，在进行运算时，不但要考虑大小，而且要考虑方向，应注意体会向量运算 与数的运算的联系与区别，更好地把握向量加法的特点。 类比数的减法（减去一个数等于加上这个数的相反数），向量减法的实质是： 减去一个向量，等于加上这个向量的相反向量；向量数乘运算则是相同向量的连 加。 因此，与数的运算的类比，是学习向量的线性运算的重要方法。 向量的线性运算具有深刻的物理背景和几何意义，使得向量在解决物理和几 何问题时可以发挥很好的作用。 2.2.1 向量加法运算及其几何意义 一、教学分析 向量的加法是学生在认识向量概念之后首先要掌握的运算,是向量的第二节 内容.其主要内容是运用向量的定义和向量相等的定义得出向量加法的三角形法 则、平行四边形法则,并对向量加法的交换律、结合律进行证明,同时运用他们进 行相关计算,这可让同学们进一步加强对向量几何意义的理解,同时也为接下来 学习向量的减法奠定基础,起到承上启下的重要作用.学生已经通过上节的学习, 掌握了向量的概念、几何表示,理解了什么是相等向量和共线向量.在学习物理的 过程中,已经知道位移、速度和力这些物理量都是向量,可以合成,而且知道这些 矢量的合成都遵循平行四边形法则,这为本课题的引入提供了较好的条件. 培养数学的应用意识是当今数学教育的主题,本节课的内容与实际问题联系 紧密,更应强化数学来源于实际又应用于实际的意识.在向量加法的概念中,由于 涉及到两个向量有不平行和平行这两种情况,因此有利于渗透分类讨论的数学思 想,而在猜测向量加法的运算律时,通过引导学生利用实数加法的运算律进行类 比.则能培养学生类比、迁移等能力.在实际教学中,类比数的运算,向量也能够进 行运算.运算引入后,向量的工具作用才能得到充分发挥.实际上,引入一个新的 量后,考察它的运算及运算律,是数学研究中的基本问题.教师应引导学生体会考 察一个量的运算问题,最主要的是认清运算的定义及其运算律,这样才能正确、方 便地实施运算. 向量的加法运算是通过类比数的加法,以位移的合成、力的合力等两个物理 模型为背景引入的.这样做使加法运算的学习建立在学生已有的认知基础上,同 时还可以提醒学生注意,由于向量有方向,因此在进行向量运算时,不但要考虑大 小问题,而且要考虑方向问题,从而使学生体会向量运算与数的运算的联系与区 别.这样做,有利于学生更好地把握向量加法的特
教学目标 1、知识与技能: 掌握向量的加法运算,并理解其几何意义;会用向量加法的三角形法则和平 行四边形法则作两个向量的和向量,培养数形结合解决问题的能力 2、过程与方法 通过将向量运算与熟悉的数的运算进行类比,使学生掌握向量加法运算的交 换律和结合律,并会用它们进行向量计算,渗透类比的数学方法。 3、情感态度与价值观: 通过阐述向量的加法运算与实数运算之间的相似性质,使学生理解事物之间 相互联系的辩证思想。 三、重点难点 教学重点:向量加法的运算及其几何意义 教学难点:对向量加法法则定义的理解 四、学法指导 数能进行运算,向量是否也能进行运算呢?数的加法启发我们,从运算的角 度看,位移的合成、力的合成可看作向量的加法.借助于物理中位移的合成、力 的合成来理解向量的加法,让学生顺理成章接受向量的加法定义。结合图形掌握 向量加法的三角形法则和平行四边形法则,联系数的运算律理解和掌握向量加法 运算的交换律和结合律。 五、教学设想 (一)导入新课 思路1.(复习导入)上一节,我们一起学习了向量的有关概念,明确了向量的 表示方法,了解了零向量、单位向量、平行向量、相等向量等概念,并接触了这些 概念的辨析判断.另外,向量和我们熟悉的数一样也可以进行加减运算,这一节, 我们先学习向量的加法 思路2.(问题导入)2004年大陆和台湾没有直航,因此春节探亲,要先从台北 到香港,再从香港到上海,这两次位移之和是什么?怎样列出数学式子?一位同学 按以下的命令进行活动:向北走20米,再向西走15米,再向东走5米,最后向南走 10米,怎样计算他所在的位置?由此导入新课 (二)推进新课、新知探究、提出问题 ①数能进行运算,向量是否也能进行运算呢?类比数的加法,猜想向量的加 法,应怎样定义向量的加法? ②猜想向量加法的法则是什么?与数的运算法则有什么不同? 图1 活动:向量是既有大小、又有方向的量,教师引导学生回顾物理中位移的概念, 位移可以合成,如图1.某对象从A点经B点到C点,两次位移AB、BC的结果
2 点. 二、教学目标： 1、知识与技能： 掌握向量的加法运算，并理解其几何意义；会用向量加法的三角形法则和平 行四边形法则作两个向量的和向量，培养数形结合解决问题的能力。 2、过程与方法： 通过将向量运算与熟悉的数的运算进行类比，使学生掌握向量加法运算的交 换律和结合律，并会用它们进行向量计算，渗透类比的数学方法。 3、情感态度与价值观： 通过阐述向量的加法运算与实数运算之间的相似性质，使学生理解事物之间 相互联系的辩证思想。 三、重点难点 教学重点:向量加法的运算及其几何意义. 教学难点:对向量加法法则定义的理解. 四、学法指导 数能进行运算，向量是否也能进行运算呢？数的加法启发我们，从运算的角 度看，位移的合成、力的合成可看作向量的加法.借助于物理中位移的合成、力 的合成来理解向量的加法，让学生顺理成章接受向量的加法定义。结合图形掌握 向量加法的三角形法则和平行四边形法则，联系数的运算律理解和掌握向量加法 运算的交换律和结合律。 五、教学设想 （一）导入新课 思路 1.(复习导入)上一节,我们一起学习了向量的有关概念,明确了向量的 表示方法,了解了零向量、单位向量、平行向量、相等向量等概念,并接触了这些 概念的辨析判断.另外,向量和我们熟悉的数一样也可以进行加减运算,这一节, 我们先学习向量的加法. 思路 2.(问题导入)2004 年大陆和台湾没有直航,因此春节探亲,要先从台北 到香港,再从香港到上海,这两次位移之和是什么?怎样列出数学式子？一位同学 按以下的命令进行活动:向北走 20 米,再向西走 15 米,再向东走 5 米,最后向南走 10 米,怎样计算他所在的位置?由此导入新课. （二）推进新课、新知探究、提出问题 ①数能进行运算,向量是否也能进行运算呢？类比数的加法,猜想向量的加 法,应怎样定义向量的加法？ ②猜想向量加法的法则是什么?与数的运算法则有什么不同? 图 1 活动:向量是既有大小、又有方向的量,教师引导学生回顾物理中位移的概念, 位移可以合成,如图 1.某对象从 A 点经 B 点到 C 点,两次位移 AB 、 BC 的结果
与A点直接到C点的位移AC结果相同.力也可以合成,老师引导,让学生共同探 究如下的问题 图2(1)表示橡皮条在两个力的作用下,沿着GC的方向伸长了EO;图2(2)表 示撤去F1和F2,用一个力F作用在橡皮条上,使橡皮条沿着相同的方向伸长相同 的长度 MEE (1) E F C 图2 改变力F1与F2的大小和方向,重复以上的实验,你能发现F与F1、F2之间的 关系吗? 力F对橡皮条产生的效果与力F1与F2共同作用产生的效果相同,物理学中把 力F叫做F1与F2的合力 合力F与力F1、F2有怎样的关系呢?由图2(3)发现,力F在以F1、F2为邻边的 平行四边形的对角线上,并且大小等于平行四边形对角线的长 数的加法启发我们,从运算的角度看,F可以认为是F1与F2的和,即位移、力 的合成看作向量的加法 讨论结果:①向量加法的定义:如图3,已知非零向量a、b,在平面内任取一点 A,作AB=a,BC=b,则向量AC叫做a与b的和,记作a+b,即a+b=AB+BC=AC b 图3 求两个向量和的运算,叫做向量的加法 ②向量加法的法则 1°向量加法的三角形法则 在定义中所给出的求向量和的方法就是向量加法的三角形法则.运用这一法 则时要特别注意“首尾相接”,即第二个向量要以第一个向量的终点为起点,则 由第一个向量的起点指向第二个向量的终点的向量即为和向量.0 位移的合成可以看作向量加法三角形法则的物理模型. 2°向量加法的平行四边形法则
3 与 A 点直接到 C 点的位移 AC 结果相同.力也可以合成,老师引导,让学生共同探 究如下的问题: 图 2(1)表示橡皮条在两个力的作用下,沿着 GC 的方向伸长了 EO；图 2(2)表 示撤去 F1和 F2,用一个力 F 作用在橡皮条上,使橡皮条沿着相同的方向伸长相同 的长度. 图 2 改变力 F1与 F2的大小和方向,重复以上的实验,你能发现 F 与 F1、F2之间的 关系吗? 力 F 对橡皮条产生的效果与力 F1与F2共同作用产生的效果相同,物理学中把 力 F 叫做 F1与 F2的合力. 合力 F 与力 F1、F2有怎样的关系呢?由图 2(3)发现,力 F 在以 F1、F2为邻边的 平行四边形的对角线上,并且大小等于平行四边形对角线的长. 数的加法启发我们,从运算的角度看,F 可以认为是 F1与 F2的和,即位移、力 的合成看作向量的加法. 讨论结果:①向量加法的定义:如图 3,已知非零向量 a、b,在平面内任取一点 A,作 AB =a,BC =b,则向量 AC 叫做 a 与 b 的和,记作 a+b,即 a+b=AB + BC = AC . 图 3 求两个向量和的运算,叫做向量的加法. ②向量加法的法则: 1°向量加法的三角形法则 在定义中所给出的求向量和的方法就是向量加法的三角形法则.运用这一法 则时要特别注意“首尾相接”,即第二个向量要以第一个向量的终点为起点,则 由第一个向量的起点指向第二个向量的终点的向量即为和向量.0 位移的合成可以看作向量加法三角形法则的物理模型. 2°向量加法的平行四边形法则
图4 如图4,以同一点0为起点的两个已知向量a、b为邻边作平行四边形,则以0 为起点的对角线OC就是a与b的和.我们把这种作两个向量和的方法叫做向量 加法的平行四边形法则 力的合成可以看作向量加法的物理模型. 提出问题 ①对于零向量与任一向量的加法,结果又是怎样的呢? ②两共线向量求和时,用三角形法则较为合适.当在数轴上表示两个向量时, 它们的加法与数的加法有什么关系? ③思考|a+b,|a,|b存在着怎样的关系? ④数的运算和运算律紧密联系,运算律可以有效地简化运算.类似地,向量的 加法是否也有运算律呢? 活动:观察实际例子,教师启发学生思考,并适时点拨,诱导,探究向量的加法 在特殊情况下的运算,共线向量加法与数的加法之间的关系数的加法满足交换 律与结合律,即对任意a,b∈R,有a+b=b+a,(a+b)+c=a+(b+c).任意向量a,b的加 讨论结果:①对于零向量与任一向量,我们规定a+0=0+a=a. ②两个数相加其结果是一个数,对应于数轴上的一个点;在数轴上的两个向 量相加,它们的和仍是一个向量,对应于数轴上的一条有向线段 ③当a,b不共线时,a+b〈|a+|b(即三角形两边之和大于第三边) 当a,b共线且方向相同时,|a+b=|a|+|b 当ab共线且方向相反时,ab|=a-|b(或|b|-a).其中当向量a的长度 大于向量b的长度时,ab|=|a|-|b;当向量a的长度小于向量b的长度 时,|a+b|=|b|-|a 般地,我们有a+b≤|a|+b ④如图5,作AB=a,AD=b,以AB、AD为邻边作□ABCD,则BC=b,DC=a 因为AC=AB+AD=a+b,AC=AD+DC=b+a,所以a+b=b+a 如图6,因为AD=AC+CD=(AB+BC)+CD=(a+b)+c, AD== AB+BD= AB+(BC +CD)=a+(b+c), Frl(a+b)+c=a+(b+c) 综上所述,向量的加法满足交换律和结合律 图5图6 (三)应用示例 思路1 例1如图7,已知向量a、b,求作向量a+b
4 图 4 如图 4,以同一点 O 为起点的两个已知向量 a、b 为邻边作平行四边形,则以 O 为起点的对角线 OC 就是 a 与 b 的和.我们把这种作两个向量和的方法叫做向量 加法的平行四边形法则. 力的合成可以看作向量加法的物理模型. 提出问题 ①对于零向量与任一向量的加法,结果又是怎样的呢？ ②两共线向量求和时,用三角形法则较为合适.当在数轴上表示两个向量时, 它们的加法与数的加法有什么关系？ ③思考|a+b|,|a|,|b|存在着怎样的关系？ ④数的运算和运算律紧密联系,运算律可以有效地简化运算.类似地,向量的 加法是否也有运算律呢? 活动:观察实际例子,教师启发学生思考,并适时点拨,诱导,探究向量的加法 在特殊情况下的运算,共线向量加法与数的加法之间的关系.数的加法满足交换 律与结合律,即对任意 a,b∈R,有 a+b=b+a,(a+b)+c=a+(b+c).任意向量 a,b 的加 法是否也满足交换律和结合律?引导学生画图进行探索. 讨论结果:①对于零向量与任一向量,我们规定 a+0=0+a=a. ②两个数相加其结果是一个数,对应于数轴上的一个点;在数轴上的两个向 量相加,它们的和仍是一个向量,对应于数轴上的一条有向线段. ③当 a,b 不共线时,|a+b|<|a|+|b|(即三角形两边之和大于第三边); 当 a,b 共线且方向相同时,|a+b|=|a|+|b|; 当a,b 共线且方向相反时,|a+b|=|a|-|b|(或|b|-|a|).其中当向量a 的长度 大于向量 b 的长度时,|a+b|=|a|-|b|;当向量 a 的长度小于向量 b 的长度 时,|a+b|=|b|-|a|. 一般地,我们有|a+b|≤|a|+|b|. ④如图 5,作 AB =a, AD=b,以 AB、AD 为邻边作 ABCD,则 BC =b, DC =a. 因为 AC = AB + AD =a+b, AC= AD + DC =b+a,所以 a+b=b+a. 如图 6,因为 AD= AC + CD =( AB + BC )+ CD =(a+b)+c, AD== AB + BD = AB +( BC + CD )=a+(b+c),所以(a+b)+c=a+(b+c). 综上所述,向量的加法满足交换律和结合律. 图 5 图 6 （三）应用示例 思路 1 例 1 如图 7,已知向量 a、b,求作向量 a+b
活动:教师引导学生,让学生探究分别用向量加法的三角形法则和平行四边 形法则作两个向量的和向量.在向量加法的作图中,学生体会作法中在平面内任 取一点0的依据一一它体现了向量起点的任意性.在向量作图时,一般都需要进 行向量的平移,用平行四边形法则作图时应强调向量的起点放在一起,而用三角 形法则作图则要求首尾相连 图7图8 图9 解:作法一:在平面内任取一点0(如图8),作OA=a,AB=b,则OB=a+b. 作法二:在平面内任取一点0(如图9),作OA=a,OB=b.以OA、OB为邻边作 □OACB,连接0C,则OC=a+b 变式训练 Aca: (1)BC +AB: (2)DB+CD+BC: (3)AB+ DF +CD+BC +FA 活动:根据向量加法的交换律使各向量首尾顺次相接,再运用向量加法的结 合律调整运算顺序,然后相加. 解:(1)BC+AB=AB+BC=AC (2) DB+CD+BC=BC +CD+DB=(BC+CD)+DB=BD+DB=0 (3)AB+ DF+CD+BC +FA=AB+BC +CD+ DF+FA =AC +CD+ DF+ FA=AD+ DF+ FA=AF+ FA=0 点评:要善于运用向量的加法的运算法则及运算律来求和向量. 例2长江两岸之间没有大桥的地方,常常通过轮渡进行运输.如图10所示, 一艘船从长江南岸A点出发,以5km/h的速度向垂直于对岸的方向行驶,同时江 水的速度为向东2km/h. (1)试用向量表示江水速度、船速以及船实际航行的速度(保留两个有效数 字) (2)求船实际航行的速度的大小与方向(用与江水速度间的夹角表示,精确到 度) 图10图11 活动:本例结合一个实际问题说明向量加法在实际生活中的应用.这样的问
5 活动:教师引导学生,让学生探究分别用向量加法的三角形法则和平行四边 形法则作两个向量的和向量.在向量加法的作图中,学生体会作法中在平面内任 取一点 O 的依据——它体现了向量起点的任意性.在向量作图时,一般都需要进 行向量的平移,用平行四边形法则作图时应强调向量的起点放在一起,而用三角 形法则作图则要求首尾相连. 图 7 图 8 图 9 解:作法一:在平面内任取一点 O(如图 8),作 OA =a, AB =b,则 OB =a+b. 作法二:在平面内任取一点 O(如图 9),作 OA=a,OB=b.以 OA、OB 为邻边作 OACB,连接 OC,则 OC=a+b. 变式训练 化简:(1) BC + AB ;(2) DB + CD + BC ;(3) AB + DF + CD + BC + FA. 活动:根据向量加法的交换律使各向量首尾顺次相接,再运用向量加法的结 合律调整运算顺序,然后相加. 解:(1) BC + AB= AB + BC = AC. (2) DB + CD + BC =BC + CD + DB =( BC + CD )+ DB=BD + DB =0. (3) AB + DF + CD + BC +FA= AB + BC + CD + DF + FA = AC + CD + DF + FA= AD + DF + FA= AF + FA=0. 点评:要善于运用向量的加法的运算法则及运算律来求和向量. 例 2 长江两岸之间没有大桥的地方,常常通过轮渡进行运输.如图 10 所示, 一艘船从长江南岸 A 点出发,以 5 km/h 的速度向垂直于对岸的方向行驶,同时江 水的速度为向东 2 km/h. (1)试用向量表示江水速度、船速以及船实际航行的速度(保留两个有效数 字); (2)求船实际航行的速度的大小与方向(用与江水速度间的夹角表示,精确到 度). 图 10 图 11 活动:本例结合一个实际问题说明向量加法在实际生活中的应用.这样的问