3.5 共点力的平衡 教学设计-2024-2025学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

5共点力的平衡 目标素养 1．物理观念：知道共点力平衡的条件。 2．科学思维：通过对不同情境下的物体进行受力分析，理解共点力和平行力的概念，体验知识来源于对实际问题的解决的思想。 3．科学探究：通过对共点力平衡条件的探究，在二力平衡的基础上，经过科学推理，得出共点力平衡的条件，即物体所受的合力为0。 4．科学态度与责任：会用共点力平衡的条件，分析生活和生产中的实际问题，体会物理学知识的实际应用价值。 重点难点 重点 共点力的平衡条件为物体所受的合力为0。 难点 共点力平衡条件的应用-实际问题和物理问题的联系。 教学准备 教师准备 1．演示实验器材：平衡鸟玩具、矿泉水瓶、力传感器4个、几何画板软件、能够移动的黑板、带有四个孔的透明塑料环状圆片、棉线若干。 2．学生实验器材：带有三个孔的透明塑料环状圆片1个、棉线3条、弹簧测力计3个、白纸和木板。 3．多媒体课件。 学生准备 直尺、三角尺、圆规、铅笔等作图工具。 导入新课 导入（情境导人） 教师 演示实验：使平衡鸟玩具（如图所示）保持在指尖静止。 提问，为什么“平衡鸟”玩具能保持在指失静止呢？ 教学过程 环节一：共点力和平行力 教师 请同学们画出下列各图中物体的受力情况，并与教材“问题”栏图中各木棒的受力情况进行比较，说一说，哪些情况的受力属于同一类？划分的依据是什么？ 甲 飞起的链球 乙 匀速运动的箱子 丙 静止的吊床 丁静止的秋子 思考并画出受力分析图。 进行受力分类，说明自己的划分理由。 教师 引导学生思考共点力与平行力的区别，重中共点力的概念。 共点力：几个力如果都作用在物体的同一点上，或者它们的延长线相交于同一点上，这几个力叫作共点力。 下面，我们就一起来研究一下共点力作用下物体有何特点。 设计意图 区分共点力和平行力，聚焦研究的方向是共点力的问题。 环节二：探究共点力的平衡条件 教师 设问：思考一下，图甲、乙、丙中三个物体的运动状态是怎样的？ 平衡态：物体处于平衡状态，即物体受到几个力作用时，保持静止或匀速直线运动的状态。 提问：由图甲、乙、丙所示的三个情境，可以发现共点力作用下的物体并不是都处于平衡状态。那么，物体在共点力作用下的平衡条件是什么？该如何探究？ 演示实验：用细线提起一瓶矿泉水，并让矿泉水瓶静止。 提问：矿泉水瓶受到几个力的作用？它们是什么关系？初中把这种现象叫什么？用力的合成分析一下矿泉水瓶受到的合力。 学生 思考后回答：矿泉水瓶受到重力和拉力。这两个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上。初中把这种现象叫二力平衡。合力为0。 教师 演示实验：用两条互成角度的细线把矿泉水瓶提起并静止。 提问：此时，矿泉水瓶受到几个力的作用？它们是什么关系？你怎么证明这个关系？根据老师提供的实验器材（带有3个孔的透明塑料环状圆片1个、棉线3条、弹簧测力计3个、白纸和木板），请设计一个验证实验。 学生 思考、讨论并回答：矿泉水瓶受到三个力的作用。两个拉力的合力应该和矿泉水瓶的重力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。这三个力的合力应该为0。 设计实验：用弹簧测力计将塑料片保持在平衡状态即静止状态；然后，记录这三个力的大小和方向；再利用平行四边形定则求其中两个力的合力，再和第三个力进行比较。 肯定学生的猜想，指导学生完善实验设计和步骤。 指导学生完成实验，并在学生实验过程中拍照并投影展示。 偶有所得 学生 两人一组进行实验，讨论并得出结论。 教师 展示学生的实验结果，引导学生对实验数据进行分析，并分析出现误差的可能原因，进行实验改进。 得出结论，三个力使塑料片处于静止时，两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，在同一条直线上。 提问：如果有四个力，它们使物体处于静止状态，这四个力是什么关系呢？该如何设计实验证明你的猜想？ 学生 思考并回答：可以分别把两个力求合力，再比较这两个合力的关系。应该也是相等的。 肯定学生的思考和实验设计方案，并提出能够让实验更加接近真实数据的改进方案。 演示实验：利用力传感器来测量拉塑料片的四个力，并用磁铁让力传感器固定在黑板平面上。让学生帮助记录数据，用手机拍照得到四个力的方向。 处理数据：把数据和图片导入几何画板，得出两个合力，并对这两个合力进行比较。 得出初步结论并进行分析：两个合力还是有些许差距。分析产生差距的原因。 结论：经过大量实验发现，在共点力作用下，物体处于静止状态的条件是合力为0。 提问：能不能说在共点力作用下物体处于平衡状态的条件是合力为0呢？ 学生 思考后回答：不能。平衡状态还有匀速直线运动状态。 教师演示实验：匀速拉动固定了力传感器的黑板，让学生观察传感器的数据变化。 提问：匀速拉动黑板后，传感器的数据没变，方向也没变。这说明什么？ 学生 思考后回答：物体在匀速运动的过程中，共点力的合力也为0。 教师 总结：物体在共点力作用下处于平衡的条件是所受到的合力为0，即-。 设计意图 通过实验，让学生回忆初中所学的二力平衡，从合力的角度认识二力平衡，即合力为0时物体处于平衡状态；然后，通过实验和问题拓展到物体受多个共点力作用的情况，再启发学生通过力的合成可以把多个力合成两个力，最终结合二力平衡得出结论；最后，再把这一结论通过实验拓展到匀速直线运动的情况，从而总结出：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。 环节三：共点力的平衡条件的应用 展示教材例题1并提问：阅读题干，说一说，研究对象是谁？研究对象做什么运动？研究对象受哪些力？满足什么规律？规律和所求之间有什么联系？ 学生 思考、讨论、交流并回答：以小孩为研究对象，小孩从上到下做匀速直线运动，受到重力、支持力和摩擦力。支持力和摩擦力满足÷。小孩处于平衡状态，所受合力为0，可以根据平行四边形定则找到这些力的关系。重力方向与支持力的延长线方向之间的夹角和滑梯斜面与地面之间的夹角相等。这个角度可以利用滑梯的高度和水平跨度的三角函数表示出来，从而能够计算出滑梯的高度。 独立完成求解过程。 巡视、指导并提问：大家在求解过程中先利用平行四边形定则求支持力和摩擦力的合力，再根据平衡条件，让这个合力与重力相等，用重力和角度来表示支持力和摩擦力，从而求出结果。在这一过程中，大家在求哪两个力的合力时遇到了困难？有没有更容易的处理方法呢？请各位同学阅读教材上题目的解法，总结经验。 学生阅读教材，获取正交分解的处理方法。 师生 总结利用正交分解法处理问题的步骤： xOy直角坐标系。 （2）将不在坐标轴上的力分解到坐标轴上。 （3）分别求出x轴、y轴上各分力的矢量和。 （4）求共点力的合力。 正交分解法的本质依然是求合力，但它会使求解的过程简单、易操作。 展示教材例题2并提问：本题的研究对象是谁？请大家讨论一下。 学生讨论、交流。 教师 总结：选择O点作为研究对象是因为O点其实是三个力的连接点，该点的平衡能反映出整个装置的平衡。 引导：请同学们分别用两个力的合力和第三个力平衡的方法以及正交分解法求解这道题。完成后谈谈你对这两种方法的看法。 学生 独立完成求解过程并互相谈感受。 教师 引导：请同学们从知识、方法和思想等角度对今天所学的内容进行总结。 作业：教材“练习与应用”第3、4题。 核心总结 通过实际的例子来理解怎样的状态是平衡状态，即物体处于静止或匀速直线运动状态，使学生有更加直观的认识。通过对共点力作用下物体的平衡条件的探究，理解共点力作用下物体的平衡条件是合力为0。同时，经过这样的探究过程，让学生体验科学的规范与严谨。通过对共点力作用下物体的平衡条件的应用，让学生体会到在解决这样的问题时，首先要明确相互作用的对象（受共点力作用的物体），接着要分析和描述相互作用的物理量（受力分析），随后要根据相互作用的效果和运用相互作用的规律来建立数学关系。通过对解决问题过程中求合力方法的总结，体会正交分解法求合力的优势和不足。 学科网（北京）股份有限公司 $$