《共點力的平衡條件及其應(yīng)用》導學案

《共點力的平衡條件及其應(yīng)用》導學案##一、學習目標1、能說出共點力的概念，就像你能輕松說出自己好朋友的名字一樣熟練。2、清楚共點力平衡的條件，就像知道每天出門要帶鑰匙一樣明白。3、會用共點力平衡的條件解決一些簡單的實際問題，就像你會用鑰匙開鎖一樣自然。##二、預(yù)學案###知識點一：共點力1、共點力的定義想象一下，有幾個小伙伴（力），他們都朝著一個點使勁，或者他們的作用線延長后能相交于一個點，這幾個小伙伴（力）就是共點力。比如說，咱們一起抬一個桌子，大家用力的方向雖然不同，但是如果把這些力的作用線延長，最后會交到一個點上，這時候這些力就是共點力。那大家想想，在生活中還有哪些情況是共點力呢？2、判斷共點力的方法這就像玩找茬游戲一樣。如果物體受到的力可以平移到一個點上，那就是共點力。要是力的作用點不一樣，而且還不能平移到一個點，那就不是共點力啦。比如說，一個很長的桿子，一端有個力往上拉，中間有個力往下壓，這兩個力就不是共點力，因為你沒法把它們平移到一個點上。那大家能不能找一找家里或者學校里有哪些力是共點力，哪些不是共點力呢？###知識點二：共點力的平衡條件1、平衡狀態(tài)咱們先來說說平衡狀態(tài)。平衡狀態(tài)就像你坐在椅子上，安安靜靜的，既不往上飛，也不往下掉，也不往左或者往右晃悠。在物理里呢，物體處于靜止或者做勻速直線運動的時候，就是平衡狀態(tài)。就像停在路邊的汽車，它處于靜止，是平衡狀態(tài)；還有在筆直公路上勻速行駛的汽車，它也是平衡狀態(tài)。那大家想想，自己有沒有處于平衡狀態(tài)的時候呢？比如說站著不動的時候。2、共點力平衡的條件這可是個關(guān)鍵內(nèi)容哦。當物體受到共點力作用處于平衡狀態(tài)的時候，這些共點力的合力為零。就好比一群人拔河，如果兩邊的力量正好一樣大，繩子就不會動，這時候這些力的合力就是零。那怎么知道合力為零呢？在二維平面里，我們可以把力分解到水平方向和豎直方向，水平方向上的力的合力為零，豎直方向上的力的合力也為零。這就像把一堆不同方向的小力量，在兩個方向上都安排得妥妥當當，誰也別想把物體拉走或者推動。那同學們思考一下，如果是三維空間里的共點力平衡，又該怎么分析呢？##三、探究案###探究一：共點力平衡條件的實驗探究1、實驗器材咱們需要用到一些簡單的東西，就像做手工一樣。彈簧測力計、帶有細線的小物體（可以是小木塊或者小金屬塊）、木板、白紙、鉛筆、圖釘。這些東西就像我們的小助手，幫助我們探索共點力平衡的秘密。2、實驗步驟-首先，把白紙用圖釘固定在木板上，就像給小舞臺鋪上了一塊白色的幕布。-然后，用細線把小物體掛在木板上方的一個點上，這時候小物體受到重力和細線的拉力，處于平衡狀態(tài)。我們用鉛筆在白紙上標記出細線的方向，就像給小物體的受力情況畫個小地圖。-接著，再用彈簧測力計拉著小物體，改變拉力的方向和大小，但是要保證小物體始終處于平衡狀態(tài)。每次改變拉力的時候，都要在白紙上標記出彈簧測力計的拉力方向和小物體的位置。這就像在小地圖上不斷添加新的路線一樣。-最后，我們把記錄下來的力都畫在白紙上，按照平行四邊形定則來合成這些力，看看會得到什么結(jié)果呢？這就像把不同的小拼圖拼在一起，看看能不能拼成一個完整的圖案。3、實驗思考-在實驗過程中，如果彈簧測力計沒有調(diào)零，會對實驗結(jié)果有什么影響呢？就像你在稱東西的時候，秤本身就不準，那稱出來的重量肯定也不對呀。-當我們多次改變拉力方向和大小的時候，發(fā)現(xiàn)小物體總是能平衡，這說明了共點力平衡條件有什么特點呢？這就像不管怎么變著花樣給小物體施加力量，它都能穩(wěn)穩(wěn)當當?shù)模@里面肯定有個不變的規(guī)律，大家能找到嗎？###探究二：共點力平衡條件的應(yīng)用1、簡單的受力分析咱們來看一個小例子。有一個物體靜止在斜面上，這時候它受到哪些力呢？首先肯定有重力，這個重力就像一個調(diào)皮的小惡魔，總是想把物體拉下去。然后斜面對物體有支持力，這個支持力就像一個小天使，在下面托著物體，不讓它掉下去。還有摩擦力，摩擦力就像一個小衛(wèi)士，阻止物體下滑。那我們怎么根據(jù)共點力平衡條件來求出這些力的大小呢？這就像解開一個小謎題一樣。我們可以把重力分解成沿著斜面方向和垂直于斜面方向的兩個分力。沿著斜面方向的分力和摩擦力平衡，垂直于斜面方向的分力和支持力平衡。那大家想想，如果斜面的角度變了，這些力會怎么變化呢？這就像改變了小舞臺的坡度，小演員們（力）要怎么調(diào)整自己的表演（大?。┠?？2、復(fù)雜系統(tǒng)中的共點力平衡再來看一個復(fù)雜一點的情況。有一個滑輪組，下面掛著幾個物體，這些物體都處于靜止狀態(tài)。這時候我們要分析每個物體的受力情況，就像在一個大家庭里，要搞清楚每個家庭成員（物體）之間的關(guān)系一樣。我們要先確定哪些力是共點力，然后根據(jù)共點力平衡條件來列出方程求解。比如說，有兩個物體通過繩子連接在滑輪上，我們要考慮繩子的拉力、物體的重力、還有滑輪對繩子的作用力。這就像在一個復(fù)雜的人際關(guān)系網(wǎng)里，找到關(guān)鍵的聯(lián)系（共點力），然后理清大家之間的相互作用（平衡條件）。那同學們試著分析一下，如果再增加一個物體或者改變繩子的連接方式，受力情況會發(fā)生什么變化呢？##四、檢測案###（一）選擇題1、下列物體中，受到共點力作用的是（）A.在水平桌面上靜止的書B.在空中做斜拋運動的鉛球C.在斜坡上勻速下滑的木箱D.以上都是答案：D。就像我們前面說的，書靜止在桌面上，受到重力和桌面的支持力，這兩個力是共點力；鉛球在空中做斜拋運動，只受重力，這也是共點力；木箱在斜坡上勻速下滑，受到重力、支持力和摩擦力，這些力也是共點力。所以這三個物體都受到共點力作用。2、一個物體受到三個共點力的作用，這三個力的大小分別為3N、4N和5N，那么這三個力的合力可能是（）A.0NB.2NC.10ND.15N答案：ABC。我們知道，當三個共點力滿足一定條件時，合力的范圍是在最大值和最小值之間。最大值就是三個力大小相加，也就是3+4+5=12N；最小值呢，因為這三個力可以構(gòu)成一個直角三角形（3、4、5是勾股數(shù)），所以合力最小值可以是0N。所以合力可能是0N、2N、10N，但是不可能是15N。###（二）填空題1、一個物體在共點力F1=2N，F(xiàn)2=3N，F(xiàn)3=4N的作用下處于平衡狀態(tài)，則F1和F2的合力大小為______N，方向與F3______。答案：4；相反。因為物體處于平衡狀態(tài)，所以F1、F2和F3的合力為零，那么F1和F2的合力就與F3大小相等，方向相反。這就像三個人拔河，兩邊的兩個人（F1和F2）的合力要和第三個人（F3）的力量一樣大，方向相反，這樣繩子才不會動。###（三）計算題1、一個質(zhì)量為m=5kg的物體靜止在斜面上，斜面的傾角為30°。求物體受到的重力、支持力和摩擦力的大小。（重力加速度g取10m/s2）解：首先，物體的重力G=mg=5×10=50N。這就像物體身上背著一個50N的小包袱，這個包袱的重量就是重力。然后，把重力分解成沿斜面方向和垂直于斜面方向的兩個分力。沿斜面方向的分力F1=Gsin30°=50×0.5=25N，垂直于斜面方向的分力F2=Gcos30°=50×sqrt(3)/2≈43.3N。因為物體靜止在斜面上，沿斜面方向摩擦力f與F1平衡，所以f=F1=25N；垂直于斜面方向支持力N與F2平衡，所以N=F2≈43.3N。2、如圖所示，兩個物體A和B通過輕繩連接，A的質(zhì)量為m1=2kg，B的質(zhì)量為m2=3kg，它們靜止在水平桌面上。已知繩子的拉力為T，求T的大小以及桌面給A和B的摩擦力大小。（忽略繩子和滑輪的質(zhì)量以及摩擦）解：對于物體B，它受到重力m2g和繩子的拉力T，因為它處于靜止狀態(tài)，所以T=m2g=3×10=30N。這就像B被T這個小繩子拉著，不能動，所以T的大小就等于B的重力。對于物體A，它受到繩子的拉力T和桌面的摩