高一物理力的平衡教案

1、案例5 力 的 平 衡一、教學(xué)內(nèi)容分析內(nèi)容與地位1 普通高中物理課程標(biāo)準(zhǔn)共同必修模塊“物理1”中的第二個(gè)二級(jí)主題“相互作用與運(yùn)動(dòng)規(guī)律”中與本節(jié)內(nèi)容有關(guān)的條目是：“通過(guò)實(shí)驗(yàn)，理解力的合成與分解，知道共點(diǎn)力的平衡條件，區(qū)分矢量與標(biāo)量，用力的合成與分解分析日常生活中的問(wèn)題?！北竟?jié)要求學(xué)生知道什么是力的平衡；通過(guò)實(shí)驗(yàn)，知道共點(diǎn)力平衡的條件；會(huì)應(yīng)用力的平衡條件分析解決日常生產(chǎn)、生活中的一些問(wèn)題,培養(yǎng)學(xué)生主動(dòng)將物理知識(shí)應(yīng)用于生活、生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí)。2 應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件解決實(shí)際問(wèn)題涉及到力的合成與分解的知識(shí)，所以這一節(jié)的學(xué)習(xí)是力的合成與分解的知識(shí)的鞏固和應(yīng)用；同時(shí)，力的平衡問(wèn)題的分析涉及到：確定研究對(duì)象、

2、分析物體受力情況、應(yīng)用物理規(guī)律布列方程等的解題思路，這在今后學(xué)習(xí)過(guò)程中會(huì)經(jīng)常用到，因此本節(jié)教學(xué)要體現(xiàn)知識(shí)與技能、過(guò)程與方法、情感態(tài)度價(jià)值觀方面的教育功能。教學(xué)目標(biāo)3 道平衡力的概念以及共點(diǎn)力的平衡條件，能運(yùn)用共點(diǎn)力的平衡條件解釋一些簡(jiǎn)單的生產(chǎn)生活中的問(wèn)題。1. 嘗試通過(guò)實(shí)驗(yàn)，探究共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件；嘗試運(yùn)用共點(diǎn)力合成、分解的知識(shí)以及平衡條件解決一些與生產(chǎn)和生活相關(guān)的實(shí)際問(wèn)題。2. 通過(guò)學(xué)習(xí)，發(fā)展對(duì)科學(xué)的好奇心與求知欲，培養(yǎng)將物理知識(shí)應(yīng)用于生活和生產(chǎn)實(shí)踐的意識(shí)。重點(diǎn)和難點(diǎn)通過(guò)理論和實(shí)驗(yàn)推導(dǎo)出三個(gè)力的平衡條件，知道多個(gè)力平衡的條件是本節(jié)課的重點(diǎn)；在解決實(shí)際力的平衡問(wèn)題中，應(yīng)用相似三角形、線

3、段比例性質(zhì)以及三角函數(shù)等數(shù)學(xué)知識(shí)是學(xué)生學(xué)習(xí)過(guò)程中的難點(diǎn)。二、案例設(shè)計(jì)（一） 由生活現(xiàn)象導(dǎo)入新課圖1：蘑菇石圖2：商場(chǎng)電梯上的人圖3：懸空寺師：在自然界物體存在的形式是多種多樣的。矗立的巖石和各類建筑，馬路上逐漸加速的汽車，勻速上升的電梯上站立的人，繞太陽(yáng)運(yùn)轉(zhuǎn)的地球等等。我們描述某些物體狀態(tài)時(shí)常用“平衡”這個(gè)詞。大家能否聯(lián)想一下自己的日常生活中的例子，哪些物體是平衡的？在物理學(xué)中“平衡”這個(gè)詞究竟是什么含義呢？ 預(yù)測(cè)：學(xué)生可能有以下兩種傾向：1認(rèn)為平衡就是靜止，舉的例子都是教室中靜止的吊扇、電燈或老師所提到的靜止的巖石或建筑物等等。2有些初中教師曾在慣性的教學(xué)中補(bǔ)充過(guò)平衡的含義，學(xué)生還記得這一知

4、識(shí)點(diǎn)；也有一些學(xué)生事先預(yù)習(xí)過(guò)課本，他們可能會(huì)說(shuō)出正確的答案。圖4：兩只狗來(lái)回爭(zhēng)奪骨頭圖5：兩人勻速向上拉起牌匾圖6：沿水平地面勻速拉皮箱教師可讓學(xué)生通過(guò)相互交流，達(dá)成正確的認(rèn)識(shí)。并總結(jié)：保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變叫做平衡，即速度恒定不變的就是平衡的物體。這里包括速度恒為零的靜止?fàn)顟B(tài)，是一種靜態(tài)的平衡；也包括運(yùn)動(dòng)間的平衡，即速度不為零、但大小方向都不變的勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。例1：停泊在水面上的船只、被兩只狗來(lái)回爭(zhēng)奪的骨頭、在兩人合力勻速向上拉起的牌匾、被拉著沿水平地面勻速前進(jìn)的皮箱、沿滑梯加速滑下的女孩，這些物體中哪些是平衡的，它們分別受到哪些力的作用？*說(shuō)明：這一例題可以讓學(xué)生鞏固加深“平衡”概念的認(rèn)

5、識(shí)，為下面研究共點(diǎn)力的平衡條件做好鋪墊，同時(shí)也讓學(xué)生感受到物理知識(shí)與生活的緊密聯(lián)系。（二） 共點(diǎn)力平衡的條件1、 引言：師：有的物體在兩個(gè)力作用下平衡，如停泊在水面上的船只，有的物體在三個(gè)力作用下平衡，如在兩人合力勻速向上拉起的牌匾，而被拉著沿水平地面勻速前進(jìn)的皮箱則是在四個(gè)力作用下平衡的。但只要物體處在平衡狀態(tài)，我們就說(shuō)物體是所受的力是平衡的，那么力的平衡要滿足什么條件呢？預(yù)測(cè)：學(xué)生比較可能回答：我們初中學(xué)過(guò)二力平衡的條件，二力平衡的物體所受的兩個(gè)力必定大小相等、方向相反、作用在同一直線上。程度較好的學(xué)生可能會(huì)答出：按照慣性定律，物體不受任何外力時(shí)將保持運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，所以物體不受力時(shí)也能平衡

6、。師：對(duì)！那三力平衡或四力平衡要滿足什么條件呢？一般來(lái)說(shuō)學(xué)生對(duì)這一問(wèn)題會(huì)感到難以作答，教師可激發(fā)學(xué)生的求知欲，提出下一步學(xué)習(xí)目標(biāo)。2、 共點(diǎn)力平衡的條件的實(shí)驗(yàn)探究：（1）實(shí)驗(yàn)的設(shè)計(jì)：師：下面我們就從三力平衡入手，設(shè)計(jì)一個(gè)實(shí)驗(yàn)探索一下三力平衡的條件是什么？給每桌學(xué)生提供了一些可能用到的實(shí)驗(yàn)器材。大家根據(jù)這些器材分組討論一下，怎樣讓一個(gè)物體三力平衡？要測(cè)量哪些物理量？要用哪些器材？ 實(shí)驗(yàn)器材：木板一塊 定滑輪若干 不同長(zhǎng)度的細(xì)繩三段 鉤碼一組 白紙 鉛筆 尺 量角器 圖釘若干預(yù)測(cè)：這一實(shí)驗(yàn)有前一節(jié)力的合成的實(shí)驗(yàn)做基礎(chǔ)，學(xué)生在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)上不會(huì)有太大困難。教師充分調(diào)動(dòng)學(xué)生參與討論，讓大家互相提出問(wèn)題，修

7、正各自的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，集思廣益，拓展思路。各組可能在討論后提出以下各種見(jiàn)解：ABOC圖7組1代表：勻速運(yùn)動(dòng)的物體不好控制速度，也不好測(cè)量。所以我們想用兩個(gè)彈簧秤拉著鉤碼，使鉤碼保持靜止，則鉤碼就是在兩個(gè)拉力和重力作用下的三力平衡（如圖4所示）。我們要用的器材有：兩個(gè)彈簧秤、鉤碼、兩根細(xì)繩、還要有木板、白紙和圖釘、鉛筆、尺子和量角器。做法是：在豎直木板上釘兩個(gè)圖釘A和B，用不同長(zhǎng)度的繩OA和OB系著兩個(gè)彈簧秤，每個(gè)彈簧秤的另一端連接重力為G的鉤碼，在鉤碼平衡時(shí)，兩拉力的大小就可以直接在彈簧秤上顯示出來(lái)了。測(cè)出兩繩拉力的大小，并記錄拉力方向，并用彈簧秤測(cè)出鉤碼的重力。作好鉤碼的受力圖示，才能表現(xiàn)出三個(gè)

8、力之間的關(guān)系。師：不錯(cuò)，其他同學(xué)有什么意見(jiàn)和建議？生2：最好能在保持鉤碼平衡的情況下改變兩繩的長(zhǎng)度，重復(fù)測(cè)量并作圖。從中尋找規(guī)律。這樣規(guī)律才有普遍性。 生3：彈簧秤這樣斜著拉，測(cè)量可能不會(huì)準(zhǔn)確？生4：應(yīng)該有影響，因?yàn)檫@樣拉，彈簧秤的拉力就會(huì)偏離彈簧秤的軸線方向，且彈簧秤還有自重，這樣會(huì)造成很大的誤差。ABOC圖8師：這個(gè)誤差是比較大的。大家有沒(méi)有改進(jìn)的方法?組2代表：我們組不用鉤碼，把木板放在水平面上，采用三個(gè)彈簧秤。（如圖5），就不會(huì)有這個(gè)問(wèn)題了。生3：沒(méi)有鉤碼，那受力物體是什么？組2代表：我們可以在三個(gè)彈簧秤中間放一個(gè)鉤碼，這個(gè)鉤碼在三個(gè)拉力的作用下靜止。圖9生3：但這樣鉤碼在水平面上靜止

9、時(shí)，可能還會(huì)受到靜摩擦力的作用。那就不是三力平衡，而是四力平衡了。師：不用鉤碼也是可以的。我們可以把三段細(xì)繩的連接點(diǎn)看成質(zhì)量極小的物體，這稱為結(jié)點(diǎn)受力。還有其他的方案嗎？組3代表：我們組利用了定滑輪。定滑輪可以改變力的作用方向而不改變力的大小。那我們把每條線的拉力通過(guò)定滑輪改成豎直方向，就不用擔(dān)心彈簧秤的拉力與軸線不一致的問(wèn)題了。而且還可以不用彈簧秤，只要象圖6那樣，讓三串鉤碼都通過(guò)三根細(xì)繩對(duì)結(jié)點(diǎn)產(chǎn)生拉力，靜止時(shí)即為三力平衡。則鉤碼的重力大小與相應(yīng)細(xì)繩對(duì)接點(diǎn)的拉力大小相等，由此可記錄三力的大??；標(biāo)記每條細(xì)線拉力方向的方法是使視線通過(guò)細(xì)線垂直于紙面，在細(xì)線下面的紙上用鉛筆點(diǎn)出兩個(gè)定點(diǎn)的位置，并使

10、這兩個(gè)點(diǎn)的距離要盡量遠(yuǎn)些，連接兩定點(diǎn)，即可得到拉力方向。依據(jù)力的大小和方向做出三個(gè)力的圖示，即可比較三個(gè)力的關(guān)系。用鉤碼施加拉力就可以了。組3用三個(gè)彈簧秤，同時(shí)讀數(shù)很困難，圖示也難畫。而我們的實(shí)驗(yàn)方案中測(cè)拉力的大小時(shí)只要數(shù)砝碼的個(gè)數(shù)就性了，圖也好作。生4：可這樣做不用考慮定滑輪與繩子之間的摩擦力嗎？一樣也會(huì)有誤差的。組3代表：每個(gè)實(shí)驗(yàn)都會(huì)有誤差的，只要我們這種方法誤差小就行了。其他組：你們誤差一定最小嗎？也許我們的方法誤差更小呢！師：大家都說(shuō)的非常好。這里其實(shí)已經(jīng)有了三種實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)。至于哪一種誤差更小，做法更好，我們就實(shí)際做了再說(shuō)。大家分組各自選定一種方法進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，過(guò)一會(huì)我們?cè)賮?lái)交流各組的實(shí)驗(yàn)結(jié)

11、論。*說(shuō)明：由于這一實(shí)驗(yàn)與力的合成探究實(shí)驗(yàn)大體相同，所以在實(shí)驗(yàn)操作上不要花太多時(shí)間，而把精力放在讓學(xué)生自覺(jué)運(yùn)用已學(xué)知識(shí)設(shè)計(jì)探究實(shí)驗(yàn)上。（2） 實(shí)驗(yàn)探究三力平衡的條件學(xué)生分組動(dòng)手實(shí)驗(yàn)(觀察學(xué)生實(shí)驗(yàn)情況) 提醒學(xué)生在實(shí)驗(yàn)時(shí)應(yīng)注意吸取上一節(jié)實(shí)驗(yàn)的經(jīng)驗(yàn)教訓(xùn)，取適當(dāng)大小和夾角的力，盡量減小實(shí)驗(yàn)的誤差。ABOC圖10DC（3） 交流實(shí)驗(yàn)結(jié)果：讓每一組用實(shí)物投影展示本組同學(xué)所做的力的圖示，并匯報(bào)本組在實(shí)驗(yàn)中的結(jié)論和感想。預(yù)測(cè)各組基本都能得出三個(gè)力要滿足的條件是：以O(shè)A（即F1）和OB（即F2）為鄰邊作平行四邊形OADB，根據(jù)平行四邊形定則，其對(duì)角線OD就表示F1與F2合力F（如圖7）。用刻度尺量出OD的長(zhǎng)并

12、與OC相比較。則在誤差允許的范圍內(nèi)，F(xiàn)1、F2的合力與F3大小相等，方向相同；如果將F1、F2的合力再與F3合成，則三個(gè)力的合力為零。但采用滑輪的方案3完成的最快，采用兩個(gè)彈簧秤的方案1誤差偏大，用三個(gè)彈簧秤的方案2則完成的最慢。方案3的確是較好的設(shè)計(jì)。師：在聽(tīng)完各組的匯報(bào)之后，大家有什么新的認(rèn)識(shí)？預(yù)測(cè)學(xué)生可能會(huì)提出以下一些觀點(diǎn)：1、 若各組改變自己力的合成順序，比如先將F2 F3合成，它們的合力也與與F1平衡。2、 雖然各組的圖差別很大，但任何一組三力的合力都是零。綜合起來(lái)，即任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力都平衡，三個(gè)力的合力為零，這便是三力平衡的條件。（4） 利用已學(xué)知識(shí)演繹論證實(shí)驗(yàn)結(jié)果：師：

13、大家能否應(yīng)用牛頓第一定律和二力平衡條件，思考為什么三力平衡時(shí)，三個(gè)力的合力為零？預(yù)測(cè)學(xué)生可能有以下兩種觀點(diǎn)：1：根據(jù)牛頓第一定律，物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，所受的合力為零，若合力不為零，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)就會(huì)改變。2：若是三力平衡，根據(jù)力的合成，可以先將其中的兩個(gè)力合成一個(gè)力，就能將三力平衡變成二力平衡。根據(jù)二力平衡條件，其中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力一定平衡，所以三力平衡的條件是，三個(gè)力的合力為零。（4） 鞏固應(yīng)用例2：在剛才的實(shí)驗(yàn)方案1中，若鉤碼重力為10N，OA繩和OB繩與水平方向的夾角分別為30和60，則OA、OB、OC繩的拉力分別是多少？（解析從略）*說(shuō)明：利用該例題鞏固所學(xué)知識(shí)，并初步了解確

14、定研究對(duì)象、分析物體受力情況、應(yīng)用物理規(guī)律布列方程的解題思路。（5）推廣師：大家能否根據(jù)剛才所探究的結(jié)果討論一下，四個(gè)力或更多力作用下的物體平衡條件是什么？通過(guò)討論與交流，學(xué)生認(rèn)識(shí)到： N個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，合力為零，其中任意第 M個(gè)力與其余 (N-1)個(gè)力的合力一定大小相等、方向相反。師：雖然我們做的是三個(gè)共點(diǎn)力作用下物體平衡條件的實(shí)驗(yàn)，但將這個(gè)結(jié)論推廣到多個(gè)共點(diǎn)力作用下物體平衡的情況，也可以用實(shí)驗(yàn)來(lái)證明。例3：如前圖6中所示的被拉著沿水平地面勻速前進(jìn)的皮箱，所受的摩擦力與拉力的合力應(yīng)該沿什么方向？（解析從略）*說(shuō)明：該例題與推論內(nèi)容相似而并不完全相同。讓學(xué)生能夠較好地掌握知識(shí)并靈活地應(yīng)用所學(xué)知

15、識(shí)解決實(shí)際問(wèn)題。還可以引導(dǎo)學(xué)生思考為什么拉著勻速前進(jìn)的重皮箱卻感到不怎么費(fèi)勁。三、評(píng)析本節(jié)教學(xué)通過(guò)實(shí)驗(yàn)探究和理論推導(dǎo)得出三個(gè)力的平衡條件，并推廣到多個(gè)力平衡的條件。讓學(xué)生經(jīng)歷探究三力平衡條件的過(guò)程，在設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的過(guò)程中，不斷創(chuàng)設(shè)問(wèn)題情景，學(xué)生通過(guò)交流討論發(fā)現(xiàn)自己實(shí)驗(yàn)方案中的問(wèn)題，不斷修改完善自己的方案，以達(dá)到培養(yǎng)學(xué)生設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)的能力的目的。對(duì)實(shí)驗(yàn)結(jié)果的交流和討論，教師注重引導(dǎo)學(xué)生不斷的反思自己得到的結(jié)論，促進(jìn)學(xué)生發(fā)展自己的觀點(diǎn)形成科學(xué)的結(jié)論。在力的平衡條件的理論推導(dǎo)部分，注意培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用已學(xué)知識(shí)分析解決新問(wèn)題的能力。該教學(xué)設(shè)計(jì)注重學(xué)生知識(shí)的形成過(guò)程和對(duì)知識(shí)的深刻理解，注重培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)的主動(dòng)性和創(chuàng)造性。在探究技能方面，希望循序漸進(jìn)地發(fā)展學(xué)生的猜想、實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)、解釋等技能，較重視學(xué)生科學(xué)的思維方法的養(yǎng)成，這對(duì)促進(jìn)學(xué)生自主學(xué)習(xí)能力的發(fā)展都有著積極的意義。四、相關(guān)教學(xué)資源鏈接圖11研究性學(xué)習(xí)課題：這是一幅斜拉橋的圖片，斜拉索橋是我國(guó)目前中長(zhǎng)跨度橋梁的最流行形式，我國(guó)