共點力的平衡++教學設計 高一上學期物理人教版（2019）必修第一冊

5共點力的平衡目標素養(yǎng)1．物理觀念：知道共點力平衡的條件。2．科學思維：通過對不同情境下的物體進行受力分析，理解共點力和平行力的概念，體驗知識來源于對實際問題的解決的思想。3．科學探究：通過對共點力平衡條件的探究，在二力平衡的基礎上，經(jīng)過科學推理，得出共點力平衡的條件，即物體所受的合力為0。4．科學態(tài)度與責任：會用共點力平衡的條件，分析生活和生產(chǎn)中的實際問題，體會物理學知識的實際應用價值。重點難點重點共點力的平衡條件為物體所受的合力為0。難點共點力平衡條件的應用-實際問題和物理問題的聯(lián)系。教學準備教師準備1．演示實驗器材：平衡鳥玩具、礦泉水瓶、力傳感器4個、幾何畫板軟件、能夠移動的黑板、帶有四個孔的透明塑料環(huán)狀圓片、棉線若干。2．學生實驗器材：帶有三個孔的透明塑料環(huán)狀圓片1個、棉線3條、彈簧測力計3個、白紙和木板。3．多媒體課件。學生準備直尺、三角尺、圓規(guī)、鉛筆等作圖工具。導入新課導入（情境導人）教師演示實驗：使平衡鳥玩具（如圖所示）保持在指尖靜止。提問，為什么“平衡鳥”玩具能保持在指失靜止呢？教學過程環(huán)節(jié)一：共點力和平行力教師請同學們畫出下列各圖中物體的受力情況，并與教材“問題”欄圖中各木棒的受力情況進行比較，說一說，哪些情況的受力屬于同一類？劃分的依據(jù)是什么？甲飛起的鏈球乙勻速運動的箱子丙靜止的吊床丁靜止的秋子思考并畫出受力分析圖。進行受力分類，說明自己的劃分理由。教師引導學生思考共點力與平行力的區(qū)別，重中共點力的概念。共點力：幾個力如果都作用在物體的同一點上，或者它們的延長線相交于同一點上，這幾個力叫作共點力。下面，我們就一起來研究一下共點力作用下物體有何特點。設計意圖區(qū)分共點力和平行力，聚焦研究的方向是共點力的問題。環(huán)節(jié)二：探究共點力的平衡條件教師設問：思考一下，圖甲、乙、丙中三個物體的運動狀態(tài)是怎樣的？平衡態(tài)：物體處于平衡狀態(tài)，即物體受到幾個力作用時，保持靜止或勻速直線運動的狀態(tài)。提問：由圖甲、乙、丙所示的三個情境，可以發(fā)現(xiàn)共點力作用下的物體并不是都處于平衡狀態(tài)。那么，物體在共點力作用下的平衡條件是什么？該如何探究？演示實驗：用細線提起一瓶礦泉水，并讓礦泉水瓶靜止。提問：礦泉水瓶受到幾個力的作用？它們是什么關系？初中把這種現(xiàn)象叫什么？用力的合成分析一下礦泉水瓶受到的合力。學生思考后回答：礦泉水瓶受到重力和拉力。這兩個力大小相等，方向相反，作用在一條直線上。初中把這種現(xiàn)象叫二力平衡。合力為0。教師演示實驗：用兩條互成角度的細線把礦泉水瓶提起并靜止。提問：此時，礦泉水瓶受到幾個力的作用？它們是什么關系？你怎么證明這個關系？根據(jù)老師提供的實驗器材（帶有3個孔的透明塑料環(huán)狀圓片1個、棉線3條、彈簧測力計3個、白紙和木板），請設計一個驗證實驗。學生思考、討論并回答：礦泉水瓶受到三個力的作用。兩個拉力的合力應該和礦泉水瓶的重力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這三個力的合力應該為0。設計實驗：用彈簧測力計將塑料片保持在平衡狀態(tài)即靜止狀態(tài)；然后，記錄這三個力的大小和方向；再利用平行四邊形定則求其中兩個力的合力，再和第三個力進行比較?？隙▽W生的猜想，指導學生完善實驗設計和步驟。指導學生完成實驗，并在學生實驗過程中拍照并投影展示。偶有所得學生兩人一組進行實驗，討論并得出結論。教師展示學生的實驗結果，引導學生對實驗數(shù)據(jù)進行分析，并分析出現(xiàn)誤差的可能原因，進行實驗改進。得出結論，三個力使塑料片處于靜止時，兩個力的合力與第三個力大小相等，方向相反，在同一條直線上。提問：如果有四個力，它們使物體處于靜止狀態(tài)，這四個力是什么關系呢？該如何設計實驗證明你的猜想？學生思考并回答：可以分別把兩個力求合力，再比較這兩個合力的關系。應該也是相等的。肯定學生的思考和實驗設計方案，并提出能夠讓實驗更加接近真實數(shù)據(jù)的改進方案。演示實驗：利用力傳感器來測量拉塑料片的四個力，并用磁鐵讓力傳感器固定在黑板平面上。讓學生幫助記錄數(shù)據(jù)，用手機拍照得到四個力的方向。處理數(shù)據(jù)：把數(shù)據(jù)和圖片導入幾何畫板，得出兩個合力，并對這兩個合力進行比較。得出初步結論并進行分析：兩個合力還是有些許差距。分析產(chǎn)生差距的原因。結論：經(jīng)過大量實驗發(fā)現(xiàn)，在共點力作用下，物體處于靜止狀態(tài)的條件是合力為0。提問：能不能說在共點力作用下物體處于平衡狀態(tài)的條件是合力為0呢？學生思考后回答：不能。平衡狀態(tài)還有勻速直線運動狀態(tài)。教師演示實驗：勻速拉動固定了力傳感器的黑板，讓學生觀察傳感器的數(shù)據(jù)變化。提問：勻速拉動黑板后，傳感器的數(shù)據(jù)沒變，方向也沒變。這說明什么？學生思考后回答：物體在勻速運動的過程中，共點力的合力也為0。教師總結：物體在共點力作用下處于平衡的條件是所受到的合力為0，即-。設計意圖通過實驗，讓學生回憶初中所學的二力平衡，從合力的角度認識二力平衡，即合力為0時物體處于平衡狀態(tài)；然后，通過實驗和問題拓展到物體受多個共點力作用的情況，再啟發(fā)學生通過力的合成可以把多個力合成兩個力，最終結合二力平衡得出結論；最后，再把這一結論通過實驗拓展到勻速直線運動的情況，從而總結出：在共點力作用下物體平衡的條件是合力為0。環(huán)節(jié)三：共點力的平衡條件的應用展示教材例題1并提問：閱讀題干，說一說，研究對象是誰？研究對象做什么運動？研究對象受哪些力？滿足什么規(guī)律？規(guī)律和所求之間有什么聯(lián)系？學生思考、討論、交流并回答：以小孩為研究對象，小孩從上到下做勻速直線運動，受到重力、支持力和摩擦力。支持力和摩擦力滿足÷。小孩處于平衡狀態(tài)，所受合力為0，可以根據(jù)平行四邊形定則找到這些力的關系。重力方向與支持力的延長線方向之間的夾角和滑梯斜面與地面之間的夾角相等。這個角度可以利用滑梯的高度和水平跨度的三角函數(shù)表示出來，從而能夠計算出滑梯的高度。獨立完成求解過程。巡視、指導并提問：大家在求解過程中先利用平行四邊形定則求支持力和摩擦力的合力，再根據(jù)平衡條件，讓這個合力與重力相等，用重力和角度來表示支持力和摩擦力，從而求出結果。在這一過程中，大家在求哪兩個力的合力時遇到了困難？有沒有更容易的處理方法呢？請各位同學閱讀教材上題目的解法，總結經(jīng)驗。學生閱讀教材，獲取正交分解的處理方法。師生總結利用正交分解法處理問題的步驟：xOy直角坐標系。（2）將不在坐標軸上的力分解到坐標軸上。（3）分別求出x軸、y軸上各分力的矢量和。（4）求共點力的合力。正交分解法的本質(zhì)依然是求合力，但它會使求解的過程簡單、易操作。展示教材例題2并提問：本題的研究對象是誰？請大家討論一下。學生討論、交流。教師總結：選擇O點作為研究對象是因為O點其實是三個力的連接點，該點的平衡能反映出整個裝置的平衡。引導：請同學們分別用兩個力的合力和第三個力平衡的方法以及正交分解法求解這道題。完成后談談你對這兩種方法的看法。學生獨立完成求解過程并互相談感受。教師引導：請同學們從知識、方法和思想等角度對今天所學的內(nèi)容進行總結。作業(yè)：教材“練習與應用”第3、4題。核心總結通過實際的例子來理解怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，即物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，使學生有更加直觀的認識。通過對共點力作用下物體的平衡條件的探究，理解共點力作用下物體的平衡條件是合力為0。同時，經(jīng)過這樣的探究過程，讓學生