3.4 共点力的平衡 课时教案-2025-2026学年高一上学期物理沪科版必修第一册

学科

物理

年级册别

高一上册

共1课时

教材

沪科版高中物理必修第一册

授课类型

新授课

第1课时

教材分析

教材分析
本节内容位于沪科版高中物理必修第一册第三章第四节，是力学知识体系中的关键环节。在学生已掌握重力、弹力、摩擦力及力的合成与分解的基础上，进一步研究多个共点力作用下物体的平衡状态。教材通过生活实例引入共点力概念，结合实验探究和受力分析，引导学生理解平衡条件，并能运用正交分解法解决实际问题。本节内容为后续学习牛顿运动定律打下坚实基础，具有承上启下的重要作用。

学情分析
高一学生刚接触高中物理，虽具备初中力学基础，但对抽象思维和矢量运算仍显薄弱。他们在生活中对“静止”“匀速”等现象有直观感受，但缺乏科学建模能力。部分学生在进行受力分析时常出现漏力、多力或方向判断错误等问题。此外，正交分解法作为新工具，学生在坐标系建立和分力计算方面易产生困惑。因此，教学中需借助真实情境激发兴趣，通过层层递进的问题设计帮助学生构建物理模型，强化规范作图与逻辑推理训练，提升科学思维水平。

课时教学目标

物理观念
1. 理解共点力的概念，能识别实际情境中的共点力系统。
2. 掌握共点力平衡的条件：合力为零，能在具体问题中应用该条件判断物体是否处于平衡状态。

科学思维
1. 能将复杂实际问题抽象为共点力模型，运用正交分解法进行受力分析，体现模型建构与科学推理能力。
2. 面对多力平衡问题，能合理选择坐标系，列出平衡方程并求解未知量，发展逻辑思维与数学工具应用能力。

科学探究
1. 通过小组合作完成“三力平衡”实验，观察记录数据，归纳得出合力为零的结论，体验科学探究全过程。
2. 在问题解决中尝试不同解题路径，比较优化方法，培养批判性思维与创新意识。

科学态度与责任
1. 在实验操作中遵守规范，尊重事实，如实记录数据，养成严谨求实的科学态度。
2. 认识共点力平衡在桥梁、建筑、吊装等工程中的广泛应用，体会物理学对社会发展的贡献，增强社会责任感。

教学重点、难点

重点
1. 共点力平衡的条件及其表达形式（ΣF=0）。
2. 运用正交分解法解决共点力平衡问题的基本步骤。

难点
1. 正确进行受力分析，避免漏力或多力，尤其是摩擦力和弹力的方向判断。
2. 合理建立直角坐标系，将多个力分解后列写平衡方程并联立求解。

教学方法与准备

教学方法
 

情境探究法、合作探究法、讲授法、议题式教学法

教具准备
多媒体课件、电子白板、弹簧测力计、滑轮组、细绳、钩码、三角板、直尺

教学环节

教师活动

学生活动

情境导入，提出议题
【5分钟】

一、创设真实情境，引发认知冲突。

（一）、播放视频：高空走钢丝表演。
教师播放一段杂技演员在两座高楼之间走钢丝的惊险画面，画面定格在演员保持静止的姿态。随即提问：“这位演员为什么不会掉下来？他受到哪些力的作用？这些力之间有什么关系？”引导学生思考背后的物理原理。紧接着展示另一幅图片：一座悬索桥在风中微微晃动但仍保持结构稳定。教师继续追问：“无论是人还是桥，在看似危险的状态下却能保持平衡，这背后隐藏着怎样的力学规律？”

（二）、引出核心议题：共点力如何让物体‘稳如泰山’？
教师明确指出：“今天我们将一起揭开这个谜底——探究《共点力的平衡》。我们不仅要弄清楚物体为何能静止或匀速运动，还要学会用科学的方法去预测和控制这种平衡状态。”同时在黑板上写下课题标题，并强调“共点力”三个字，提醒学生注意“共点”的含义是指所有力的作用线交于一点。

（三）、回顾旧知，搭建认知桥梁。
教师引导学生回忆前几节课所学内容：“我们已经学习了重力、弹力、摩擦力，也掌握了力的合成与分解。如果一个物体只受两个力作用而保持静止，这两个力必须满足什么条件？”学生回答后，教师总结：“大小相等、方向相反、作用在同一直线上。那么，当物体受到三个甚至更多个力作用时，又该如何判断它是否平衡呢？这就是我们今天要深入探讨的问题。”

1. 观看视频，产生好奇与思考。
2. 回忆已有知识，尝试回答问题。
3. 明确学习主题，进入探究状态。
4. 参与讨论，表达初步想法。

评价任务

观察能力：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
参与积极：☆☆☆

设计意图

通过震撼的视觉素材激发学生兴趣，利用生活中的典型现象制造认知冲突，促使学生主动思考平衡背后的物理机制。以“议题”方式提出问题，增强探究动机。同时通过复习旧知，帮助学生建立新旧知识之间的联系，为新知识的学习做好铺垫。

实验探究，建构概念
【12分钟】

一、动手实验，感知合力为零。

（一）、布置实验任务，明确操作要求。
教师将全班分为8个小组，每组发放一套实验器材：三个弹簧测力计、一根轻质圆环、三条细绳、若干钩码。宣布实验任务：“请同学们利用这套装置模拟三个共点力作用下的平衡状态。具体做法是：将三条细绳的一端系在同一个圆环上，另一端分别连接弹簧测力计，然后通过调整拉力方向和大小，使圆环静止在中心位置。记录下此时三个拉力的大小和方向。”教师特别强调：“确保圆环质量可忽略不计，且三个力确实交汇于圆环中心这一点。”

（二）、巡视指导，纠正操作偏差。
 

1. 分组实验，测量并记录数据。
2. 调整拉力，实现圆环静止。
3. 分析合力，验证平衡条件。
4. 汇报结果，参与集体讨论。

教师在各小组间巡回观察，及时发现并纠正问题。例如，有小组未将测力计调零，教师提醒“测量前务必检查指针是否归零”；有小组施加的力过大导致测力计量程超限，教师建议“适当减少钩码数量”；还有小组未保证三力共点，教师用手势比划说明“三条绳子必须都连在同一个点上”。对于进展缓慢的小组，教师给予鼓励：“不要着急，慢慢调整角度，观察读数变化。”

（三）、组织数据汇总，引导归纳结论。
待各小组完成实验后，教师邀请三组代表上台展示他们的实验结果。一组数据显示F₁=3.0N、F₂=4.0N、F₃=5.0N，夹角分别为90°、143°、127°；另一组为F₁=2.5N、F₂=3.5N、F₃=4.0N，方向各异。教师引导学生思考：“这三个力的合力是多少？能否用矢量运算法则验证？”随后带领学生使用平行四边形定则进行逐组验证，最终发现无论哪组数据，任意两个力的合力总与第三个力等大反向。于是师生共同得出结论：当物体在共点力作用下处于平衡状态时，其所受合力为零，即ΣF=0。

评价任务

操作规范：☆☆☆
数据准确：☆☆☆
合作有效：☆☆☆

设计意图

通过亲手操作实验，学生从感性认识上升到理性认知，亲历“提出假设—实验验证—归纳结论”的完整探究过程。小组协作增强了团队意识，教师的适时介入保障了实验的有效性。通过对多组数据的分析，强化了“合力为零”这一核心概念的理解，为后续理论推导奠定坚实基础。

模型建构，深化理解
【13分钟】

一、案例解析，建立解题范式。

（一）、呈现典型例题，示范受力分析。
教师投影出示一道经典题目：“如图所示，一个质量为m=2kg的物体静止在倾角θ=37°的斜面上，物体与斜面间的动摩擦因数μ=0.5。试求物体所受的支持力N和静摩擦力f的大小。（已知sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s²）”首先，教师画出斜面示意图，在物体位置标注重力G=mg=20N竖直向下。接着提问：“除了重力，还有哪些力作用在物体上？”引导学生回答：“支持力N垂直斜面向上，静摩擦力f沿斜面向上。”教师强调：“这三个力是否共点？由于物体可视为质点，三力延长线交于一点，属于共点力系统。”

（二）、讲解正交分解法，突破解题瓶颈。
教师指出：“直接用平行四边形定则处理三个力较复杂，我们可以采用更高效的方法——正交分解法。”随即建立直角坐标系：x轴沿斜面向下，y轴垂直斜面向上。然后将重力G分解为两个分力：G_x = G·sinθ = 20×0.6 = 12N，沿x轴正方向；G_y = G·cosθ = 20×0.8 = 16N，沿y轴负方向。教师边画边讲：“现在我们将所有力投影到x、y两个方向上。在y方向，支持力N向上，G_y向下，因物体无垂直加速度，故ΣF_y = N - G_y = 0 ⇒ N = 16N。在x方向，静摩擦力f向上，G_x向下，物体静止不动，故ΣF_x = f - G_x = 0 ⇒ f = 12N。”最后验证最大静摩擦力f_max = μN = 0.5×16 = 8N < 12N，说明物体不可能静止，矛盾！教师借此指出：“原题设定不合理，应改为μ≥0.75才能静止。”

（三）、组织变式训练，巩固方法应用。
教师立即给出修正后的题目：“若μ=0.8，其他条件不变，求f。”学

1. 听讲笔记，理解分析过程。
2. 参与互动，回答教师提问。
3. 独立演算，完成变式练习。
4. 板书展示，接受同伴评价。