４.３平衡的穩(wěn)定性

1、第四章 物體的平衡4.2 平衡的穩(wěn)定性【學(xué)習(xí)目標(biāo)】1知道穩(wěn)定平衡、不穩(wěn)定平衡和隨遇平衡；2了解三類平衡從動(dòng)力學(xué)角度來(lái)看有什么區(qū)別；3知道穩(wěn)度，體會(huì)增加穩(wěn)度在實(shí)際生活中的重要意義。4通過(guò)讓學(xué)生舉例，培養(yǎng)信息收集和處理能力，分析、解決問(wèn)題能力和交流、合作能力?！締?wèn)題導(dǎo)學(xué)】在前面的學(xué)習(xí)中，我們學(xué)習(xí)了有關(guān)共點(diǎn)力的平衡問(wèn)題，我們知道了共點(diǎn)力平衡的條件是共點(diǎn)力的合力為零。那么是不是自然界中的所有的平衡現(xiàn)象都如共點(diǎn)力作用一樣呢？為什么比薩斜塔每年都在傾斜卻總也不倒呢？為什么雙層公交車比正常的公交車車底看起來(lái)要低呢？通過(guò)這節(jié)課的學(xué)習(xí)，希望同學(xué)們能給我以合理的解釋，好，我們進(jìn)入這節(jié)課的學(xué)習(xí)研究，平衡的穩(wěn)定性。【

2、合作探究】一、平衡的分類1、平衡的定義討論交流準(zhǔn)備一段視頻錄像（走鋼絲雜技表演），讓學(xué)生結(jié)合錄像和書(shū)上的討論交流，觀察這幾個(gè)平衡與以前有什么不同，這三個(gè)平衡之間有什么不同？（把問(wèn)題寫(xiě)在黑板）問(wèn)題1：這三種平衡狀態(tài)下，物體所受的力是共點(diǎn)力嗎？（不是，向下的重力與向上的繩的作用力不相交，重力作用于重心，繩對(duì)人的作用力不止一個(gè)點(diǎn)，如人的兩只腳、車的兩個(gè)輪）問(wèn)題2：他們是否可以看做質(zhì)點(diǎn)？（不可以，人體的姿勢(shì)、形態(tài)對(duì)人體受力的有影響，也使重心位置變化）學(xué)生總結(jié)：此時(shí)物體不能看做質(zhì)點(diǎn)又處于平衡狀態(tài)，與我們以前學(xué)過(guò)的平衡發(fā)生了變化，概念要發(fā)生變化，平衡條件也要發(fā)生變化，所以我們要考慮它們的另一特性：平衡的穩(wěn)

3、定性。問(wèn)題3：我們換一種研究問(wèn)題的方法，先觀察這三個(gè)平衡的特點(diǎn)：第一個(gè)人受到微小擾動(dòng)而偏離平衡位置時(shí)，不能回到原先的狀態(tài)，我們稱之為不穩(wěn)定平衡；第二個(gè)人，受到干擾能自動(dòng)回到原先狀態(tài)，成為穩(wěn)定平衡；第三個(gè)人，在新的位置也能平衡，我們稱之為隨遇平衡。在動(dòng)力學(xué)角度看，我們可以把平衡分為這三類來(lái)研究，剛才我們所給出的定義只是在表面上看來(lái)的一些現(xiàn)象，那么，這三種平衡的實(shí)質(zhì)是什么呢？本質(zhì)怎么區(qū)分呢？總結(jié)：對(duì)大家有這樣一個(gè)啟發(fā)，平衡物體處于何種平衡狀態(tài)，決定于平衡物體偏離平衡位置是重心高度的變化情況。2重心高度變化與平衡分類之間的關(guān)系根據(jù)三種平衡的定義，學(xué)生判斷圖4-3-1的三種情況分別屬于哪一種平衡？觀察

4、思考觀察圖4-3-2，歸納重心高度變化與平衡分類之間的關(guān)系。老師提問(wèn)：圖中三個(gè)圓錐體分別處于什么類型的平衡？學(xué)生回答：給出一個(gè)圓錐體，讓學(xué)生自己操作使物體稍微偏離原來(lái)的平衡位置老師提問(wèn)：它們偏離平衡狀態(tài)時(shí)重心高度如何變化？學(xué)生回答：學(xué)生總結(jié)和歸納出物體重心高度的變化與物體平衡分類之間的關(guān)系，并由此討論上述實(shí)驗(yàn)的平衡情況。小結(jié)三種平衡的特點(diǎn)（a）穩(wěn)定平衡:重心稍微偏離原平衡位置時(shí)能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)且重心下降 （b）不穩(wěn)定平衡：重心稍微偏離原平衡位置時(shí)不能恢復(fù)原來(lái)狀態(tài)且重心上升 （c）隨遇平衡：重心稍微偏離原平衡位置時(shí)在新位置也能平衡且重心不變 師：可以看出，使物體稍偏離原來(lái)的平衡狀態(tài)（不是整體平移，

5、這里的偏離是物體的一部分位置改變，另一部分位置不變，說(shuō)明物體“不是”質(zhì)點(diǎn)），物體的重心位置在豎直方向上的不變化與物體處于何種平衡之間的聯(lián)系：重心升高則是穩(wěn)定平衡，重心降低則是不穩(wěn)定平衡，重心高度不變則是隨遇平衡。 練習(xí) 110頁(yè)1題二、穩(wěn)度1、物體為什么會(huì)傾倒？觀察思考由學(xué)生具體操作圖4-3-3的小實(shí)驗(yàn)，得出物體傾斜的動(dòng)力學(xué)原因。結(jié)論：只要物體的重力作用線通過(guò)其支持面，物體就不會(huì)傾倒。拓展生活中的平衡現(xiàn)象有很多，令人嘆為觀止，我們可以參看教材上的雜技演員的平衡技巧，動(dòng)物的尾巴等等，都是巧妙地掌握了平衡的奧秘，史建于1174年的著名的比薩斜塔，塔高56.7米，塔基直徑19.6米，總質(zhì)量1.45t

6、,它每年要傾斜1-2毫米，至今傾斜度已達(dá)5.5，塔頂中心點(diǎn)偏離中心垂線近5米，但至今仍未到塌，就因?yàn)樗闹亓ψ饔镁€仍通過(guò)其支持面，如果我們把它看成是質(zhì)量分布均勻的圓柱體，你能否估算一下，它還有多少年就會(huì)倒塌？2、穩(wěn)度過(guò)渡引出穩(wěn)度概念：平衡能否穩(wěn)定，取決于重力作用線的位置。處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)的物體翻倒的難易程度一般是不同的，物體的穩(wěn)定程度叫穩(wěn)度。學(xué)生活動(dòng)分別讓學(xué)生把書(shū)放置三種不同的方式，平放，側(cè)放，豎放。討論哪種放置方式穩(wěn)度最大及原因。學(xué)生通過(guò)圖4-3-9的“活動(dòng)”初步了解什么是穩(wěn)度及增加穩(wěn)度的意義及做法。師：同一種物體，放置的方式不同，穩(wěn)度就不同，穩(wěn)度與什么有關(guān)呢？支持面面積的增大，也可以降低重

7、心的高度，我們剛開(kāi)始這節(jié)課的一問(wèn)是不是可以解決了，雙層公交車較高，所以底盤(pán)降低能夠降低重心，從而增加穩(wěn)度；增大支持面的面積，不知道大家是否看了最近的廣告，寶馬車新出了加長(zhǎng)版，有的同學(xué)說(shuō)，這樣可以增加內(nèi)部空間，當(dāng)然是，但是同時(shí)，我們也可以考慮，增到前后輪之間的距離，可以使支持面的面積增大，就可以增大穩(wěn)度呀，你看，坦克就不容易翻倒吧，就是這個(gè)道理。而減小穩(wěn)度，不倒翁，一般和接觸面的面積都很小，穩(wěn)度下降，但是它設(shè)計(jì)的時(shí)候重心又降低了，所以很容易推到它，但是它又能自動(dòng)復(fù)原，所以這個(gè)過(guò)程是在矛盾中進(jìn)行的，設(shè)計(jì)的時(shí)候得恰到好處，很有意思。結(jié)論：要使物體處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)且不易被破壞（穩(wěn)度大）的兩個(gè)原則降低重心高度，增大支持面積。 學(xué)生活動(dòng)舉例：增大穩(wěn)度在實(shí)際生活中的應(yīng)用。練習(xí) 110頁(yè)2、3題【總結(jié)提升】回扣學(xué)習(xí)目標(biāo)，強(qiáng)化重點(diǎn)知識(shí)，深化思想方法。1、物體的平衡可分為穩(wěn)定平衡，不穩(wěn)定平衡和隨遇平衡。物體稍微偏離平衡位置，如果重心升高，就是穩(wěn)定平衡，如果重心降低，就是不穩(wěn)定平衡，如果重心