《共点力的平衡及其应用》教学设计

《共点力的平衡及其应用》教学设计渭南瑞泉中学徐利平【教材版本】上海科技教育出版社高中物理（必修一）第四章第三节【设计理念】1．“兴趣是最好的老师”，而要引发学生的学习兴趣，就要创建一定的教学情景。

课堂中通过多媒体的应用、演示实验、学生动手探究实验、学生讨论及展示等课堂景观，激发学生的学习激情及学习自主性。

2．不少同学感到物理难，就难在物理规律的应用上。

本节课创造性的引导学生，将原本是平衡条件的推导与应用的结论，让学生自己通过实验探究、总结，将有利于学生对规律的理解与应用。

根据科学探究的基本模式：提出问题→猜想假设→实验验证→得出结论。

在教学设计中，首先复习物体的平衡状态，接着利用几个同学拉绳子的小实验，引导学生通过观察实验现象，然后提出问题：请同学们设计一个实验来研究物体的平衡条件，激发学生的探究兴趣。

接着在教师的引导下让学生设计实验，充分发挥学生的自主学习、应用的激情，对设计中碰到的问题，让同学们互相交流共同解决，培养学生交流与合作精神。

最后，通过实验交流，得出结论。

整个过程培养了学生的科学探究精神和物理实验能力。

【教材分析】本节学习共点力的平衡及其应用，内容包括物体的平衡状态、平衡条件和力的平衡。

共点力平衡问题是高中物理的重要内容之一，它涉及力的概念、受力分析、力的合成与分解、列方程运算等多方面物理知识和能力的综合性问题，是高一物理的难点，同时是解决高中力学问题的基础。

另外，平衡问题中，涉及到的各种物理模型，在今后物理学习中会经常见到，对高一学生来讲，这些都是一些基本的模型素材。

因此，学好本节课对今后力学学习意义重大。

但刚开始学习时，力的平衡理论并不难掌握，只是后续应用较为困难。

由此确定：本节课的教学重点是平衡的概念及其条件，难点是实验探究共点力的平衡条件并加以简单应用。

【学情分析】学生在初中学习过牛顿第一定律，理解共点力作用下物体的平衡状态会比较容易；利用前面学过的知识分析推出共点力作用下物体的平衡条件，学生也不会有太大困难，教师只需适当点拨即可；但学生在设计实验并通过实验探究共点力作用下物体的平衡条件时会感到比较困难，教师要给予及时的引导，并可通过学生相互讨论共同解决。

【教学目标】知识与技能1、知道平衡状态和平衡力的概念2、了解共点力作用下物体平衡的概念3、知道共点力的平衡条件过程与方法1、通过课堂小实验，培养学生实验观察能力。

2、通过设计实验探究物体的平衡条件，培养了学生的科学探究能力和实验能力。

3、通过课堂练习,训练学生进行知识迁移及应用情感态度与价值观通过互相交流共同设计实验方案，培养学生与他人合作的精神；通过先从实验探究，再从理论上总结共点力作用下物体的平衡条件，然后再应用，培养学生科学探究精神和理论联系实际的科学态度。

【重点难点】重点：平衡状态的概念及其条件难点：实验探究共点力的平衡条件并加以简单应用。

【教学环境】多媒体教室【教学方法】实验探索法、归纳分析法。

【教学过程】第一课时场景一：上课预备铃响后，老师并没有立即上课，而是请一位同学走上讲台。

只见他先将一本课本顶在右手食指间上，旋转起来。

同学哗然：太简单了，再来一个。

于是该同学又将另一本课本同时顶在左手食指旋转，并大步向前走动起来。

顿时教室一片掌声，大家脸上都是笑容……（一）引入新课投影多媒体图片：马踏飞燕，悬空寺，飞行中的飞机等设问：什么是物体的平衡状态？（二）进行新课1．（板书）一、物体的平衡状态（引导学生回顾牛顿第一定律并回答）保持静止状态或保持匀速直线运动状态2．设问：物体在什么条件下才能处于平衡状态？（学生回答）不受任何外力或受到两个平衡力设问：如果物体在互成角度的三个共点力作用下，处于平衡状态，这三力的大小、方向应该满足什么条件?场景二：课堂演示实验：老师将三条绳子系在一个结上，请三位同学上前分别拉住三条绳索，互成角度地拉绳结。

师问：如何描述绳结受到三个力的方向？生答：绳结受到三个力为沿绳方向，只要观察绳子的方向即可。

师问：这三个力方向间有什么关系？生1答：不在同一直线上。

生2答：不在同一侧。

……师问：三个力会共面吗？（学生七嘴八舌，没有统一意见）此时，老师将一片白木板贴近绳结，任意调整三条绳索的方向，学生顿时恍然：如果物体在互成角度的三个力共点作用下，处于平衡状态，这三力必共面。

3．教师提问：如果三个力共面又共点，我们怎么研究这三个力之间的关系？(学生讨论、回答实验设计思路)：利用弹簧秤互成角度拉细绳，记录绳子的方向及弹簧秤的读数，用力的图示将三个共点力描绘在白纸上。

进一步提问：你的猜测是什么？你准备怎么做？需要哪些仪器？桌面上都有吗？需要几个人配合？你们怎么分工？如何验证你的结论？（学生讨论确定实验方法）合成法、分解法、正交分解法、矢量三角形等学生讨论实验方案，并分小组进行实验。

（拓展思考）如果物体受到的共点力不止三个呢?你的结论能推广吗?场景三：课堂实验结果展示：实验结束后，由几组有代表性的小组上台展示，介绍实验过程、数据处理方法及结论。

这些小组采用不同的方法和思路，各有各的特点。

上台展示实验成果的学生自信、大方，语言流畅，小组成员间有较好的分工与合作。

4．总结结论：（1）物体在共点力作用下处于平衡状态，力的平衡条件为合力为零（2）在共点下作用下的物体，如果所受合力为零，一定处于平衡状态（3）推论：a.当物体受到三个共点力的作用而平衡时，其中的任意一个力必定与余下的两力的合力等大反向。

b．当物体受到三个力共点力的作用而平衡时，任意建立直角坐标系并分解不在坐标轴的力，沿两个坐标轴方向的合力均为零c．三个共点力构成封闭的三角形（引导学生将此推论拓展到多个共点力平衡时的情景）(三)、练习巩固课本P98的1、2、3、第二课时【教学目标】知识与技能1、能用共点力的平衡条件，解决有关力的平衡问题；2、进一步学习受力分析，正交分解等方法。

过程与方法学会使用共点力平衡条件解决共点力作用下物体平衡的思路和方法，培养学生灵活分析和解决问题的能力。

情感态度与价值观培养学生明确具体问题具体分析【重点难点】重点：共点力平衡条件的应用难点：受力分析、正交分解、共点力平衡条件的综合应用。

【教学环境】多媒体教室【教学方法】讲练法、归纳法【教学过程】一、导入新课1、用幻灯片出示复合题：（1）如果一个物体能够保持 或 ，我们就说物体处于平衡状态。

（2）当物体处于平衡状态时：a.物体所受各个力的合力等于 ，这就是物体在共点力作用下的平衡条件。

b.它所受的某一个力与它所受的其余外力的合力关系是 。

2、学生回答问题后，师进行评价和纠正。

3、引入：本节课我们来运用共点力的平衡条件求解一些实际问题。

二、新课教学1、共点力作用下物体的平衡条件的应用举例：案例1 如图所示，细线的一端固定于A 点，线的中点挂一质量为m 的物体，另一端B 用手拉住，（1）当AO 与竖直方向成θ角，OB 沿水平方向时，AO 及BO 对O 点的拉力分别是多大？（2）现设法增大夹角θ，仍保持OB 水平，是分析AO 、BO 两绳中拉力的变化情况。

师解析本题：（1）先以物体m 为研究对象，它受到两个力，即重力和悬线的拉力，因为物体处于平衡状态，所以悬线中的拉力大小为F ＝mg 。

再取O 点为研究对像，该点受三个力的作用，即AO 对O 点的拉力F 1，BO 对O 点的拉力F 2，悬线对O 点的拉力F ，如图所示：a.用力的分解法求解将F ＝mg 沿F 1和F 2的反方向分解，得到///tan ;/cos ,F mg F mg θθ==得到12/cos ;tan F mg F mg θθ==b.用正交分解合成法求解建立平面直角坐标系由F x 合=0;及F y 合=0得到:⎩⎨⎧==-211sin 0cos F F mg F θθ 解得: θθtan ;cos /21mg F mg F ==c.用合成法求解将F 1和F 2合成得到F ，F 合=F ＝mg ，所以 12/cos ;tan F mg F mg θθ== （2）由12/cos ;tan F mg F mg θθ==可以看出，当θ增大时，cos θ的值变小，tan θ的值变大，两绳中的拉力F 1和F 2都变大。

2、结合例题总结求解共点力作用下平衡问题的解题步骤：（1）确定研究对象（2）对研究对象进行受力分析，并画受力图；（3）据物体的受力和已知条件，采用力的合成、分解、图解、正交分解法，确定解题方法；（4）解方程，进行讨论和计算。

3、学生用上述方法求解课本P95案例2，并抽查部分同学的答案在投影仪上进行评析。

4、讲解有关斜面问题的处理方法：案例2 如图甲，物体A 在水平力F 1=400N 的作用下，沿倾角为60°的斜面匀速下滑，物体A 的重力G=400N ，求斜面对物体A 的支持力和A 与斜面间的动摩擦因素u 。

F 合F 1 F 2F（2）分析本题；a ．定物体A 为研究对象；b ．对物体A 进行受力分析；物体A 共受四个力的作用：竖直向下的重力G ，水平向右的力F 1，垂直于斜面斜向上方的支持力F 2，平行于斜面向上的滑动摩擦里F 3，其中G 和F 1是已知的，由滑动摩擦定律F 3＝uF 2可知，求得F 2和F 3，就可以求出u 。

c ．画出物体的受力图；d ．本题采用正交分解法；对于斜面，常取平行于斜面的方向为x 轴，垂直于斜面的方向为y 轴，将力沿这两个方向分解，应用平衡条件求解；e ．用投影片展示本题的解题过程。

解：如图乙，取平行于斜面的方向为x 轴，垂直于斜面的方向为y 轴，分别在这两个方向上应用平衡条件求解，由平衡条件可知，在这两个方向深的合力F x 合和F y 合应分别等于零，即27.0146;5460cos sin 0sin cos 23321213=====--==-+=F F u NF N FG F F F G F F F y x 所以：解得：合合θθθθ5、巩固训练：如图所示：重为G ＝10N 的小球在竖直挡板作用下静止在倾角为θ=30o 的光滑斜面上，已知挡板也是光滑的，求：（1）挡板对小球弹力的大小；（2）斜面对小球弹力的大小。

三、小结本节课我们主要学习了以下几点：1、应用共点力平衡条件解题时常用的方法：力的合成法、力的分解法、正交分解法2、解共点力作用下物体平衡问题的一般步骤：（1）确定研究对象；（2）对所选研究对象进行受力分析，并画出受力示意图；（3）分析研究对象是否处于平衡状态；（4）运用平衡条件，选用适当方法，列出平衡方程求解。

四、作业课本P98 ４—7题五、板书设计：00x y F F ⎧⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪=⎧⎪⎪⎪⎨⎪=⎪⎪⎩⎩⎪⎨⎧⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎨⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎪⎩⎩合合力的合成法常用的方法力的分解法正交分解法共点力平衡条件的应用确定研究对象（物体或结点）对研究对象进行受力分析，并画出受力示意图解题的一般步骤分析研究对象是否处于平衡状态运用平衡条件，选择适当方法，列出平衡方程求解。