第六节 共点力的平衡条件及其应用（表格式教学设计）物理粤教版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦共点力平衡条件及其应用，通过展示静止书本、悬停直升机等实例建立平衡状态直观认知，结合牛顿第一定律回顾合力为零，为共点力平衡条件探究搭建新旧知识衔接的学习支架。 特色在于实验探究与方法结构化结合，学生通过三力平衡实验用合成法和正交分解法验证合力为零（科学探究），提炼五步解题思路培养科学思维，结合斜拉桥等工程实例渗透科学态度与责任，助力学生深化物理观念，为教师提供清晰教学路径，提升课堂实效。

第六节 共点力的平衡条件及其应用（教学设计） 年级 高一年级 学科 物理 教师 课题 第6节 共点力的平衡条件及其应用 教学 目标 物理观念 理解共点力平衡的概念（静止或匀速直线运动）；掌握共点力平衡的条件（F合=0）。 科学思维 通过实验探究和理论推导得出平衡条件；掌握用受力分析、合成法或正交分解法处理平衡问题的思路。 科学探究 经历探究三力平衡条件的实验过程；体验运用平衡条件解决实际问题的探究方法。 科学态度 与责任 认识平衡条件在工程结构（如桥梁、建筑）和生活中的应用，培养严谨、实事求是的科学态度。 教学 重难点 教学重点： 1. 共点力平衡的概念； 2. 共点力平衡的条件（F合=0）； 3. 解决共点力平衡问题的基本思路和方法。 教学难点： 1. 正确进行受力分析，准确画出受力示意图； 2. 灵活运用合成法或正交分解法建立平衡方程； 3. 理解并应用“物体处于平衡状态”这一隐含条件。 教学过程 教师活动 学生活动 教学引入 1. 观察现象，提出问题： 展示图片：静止在桌面上的书本、悬停在空中的直升机、在平直轨道上匀速行驶的高铁。 提问：“这些物体的运动状态有什么共同特点？”（引导学生回答：静止或做匀速直线运动） 阐述：“在物理学中，我们把物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。” 2. 回顾旧知，引发思考： 提问：“物体处于平衡状态时，它所受的合力必须满足什么条件？”（根据牛顿第一定律，引导学生得出：合力为零） 追问：“如果物体受到多个共点力的作用而处于平衡状态，这些力应该满足什么具体的条件呢？” 3. 揭示课题： “今天，我们就通过实验和理论分析，来寻找共点力的平衡条件，并学习如何应用它来解决实际问题。” 观察图片，识别平衡状态的特征。 回顾牛顿第一定律，思考并回答物体平衡时合力为零。 明确本课学习任务：探究共点力平衡的具体条件。 从学生熟悉的实例出发，建立“平衡状态”的直观概念。通过回顾牛顿第一定律，自然引出平衡的根本条件是合力为零，为探究共点力平衡的具体条件做好铺垫。明确课题，激发求知欲。 新课讲授 一、共点力平衡条件的探究 1. 实验探究：三力平衡条件 介绍器材：带滑轮的铁架台、细线、钩码（多个）、弹簧测力计（三个）、图钉、白纸。 演示与讲解步骤： ① 将白纸固定在木板上，三个弹簧测力计通过细线互成角度拉一个绳结（或小圆环），使其静止于O点。 ② 记录O点位置、三个弹簧测力计的读数F1、F2、F3（力的大小）和细线的方向（力的方向）。 ③ 取下白纸，用铅笔和刻度尺沿细线方向画出三个力的图示。 ④ 方法一（合成法）：询问学生：“如何检验三个力的合力是否为零？”（引导学生想到：先求其中两个力的合力F12，再看F12与第三个力F3的关系）。带领学生作出F1和F2的合力F12，观察F12与F3的大小和方向关系（等大、反向、共线）。 ⑤ 方法二（正交分解法）：建立直角坐标系，将三个力都分解到x轴和y轴上。引导学生计算Fx合和Fy合，发现它们都为零。 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。即平衡条件为：F合 = 0。 推论：1.在正交分解法中，平衡条件可表述为：Fx合 = 0, Fy合 = 0。 2. 一个物体在三个共点力作用下处于平衡状态，其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等方向相反。 3. 共点的三力平衡时，表示三力的矢量可以形成封闭的矢量三角形。 4. 物体受n个力处于平衡状态时，其中n－1个的合力一 定与剩下的那个力等大反向。 观察实验装置，理解实验目的。 记录实验数据（力的大小和方向）。 在教师指导下，进行力的图示和合成（或正交分解），验证合力为零。 理解并记录共点力的平衡条件。 通过实验探究，让学生亲身经历平衡条件的得出过程，印象更深刻。同时介绍合成法和正交分解法两种验证/应用途径，让学生体会解决物理问题的不同思路，培养发散思维。实验是突破重点的关键。 新课讲授 二、共点力平衡条件的应用——解题思路与方法 1. 总结解决平衡问题的基本思路： 第一步：确定研究对象。“明确我们要分析哪个物体的平衡。” 第二步：进行受力分析。“按顺序（重力、弹力、摩擦力等）分析研究对象受到的所有力，并画出规范的受力示意图。” （强调：只画物体受到的力，不画它施给别人的力）。 第三步：判断平衡状态。“判断物体是否处于平衡状态（静止或匀速直线运动）。” 第四步：建立平衡方程。“根据平衡条件 F合 = 0 建立方程。” 方法A（合成法）：适用于三力平衡。通常将三力平衡问题转化为二力平衡问题（任意两个力的合力与第三个力等大反向）。 方法B（正交分解法）：适用于三力及三力以上的平衡。建立直角坐标系（原则：使尽可能多的力落在坐标轴上），列方程：Fx合 = 0; Fy合 = 0。 第五步：求解方程，讨论结果。 2. 例题讲解： · 【例1】在图中，小球重3N，光滑斜面的倾角α为30°。求斜面及竖直放置的挡板对小球作用力的大小。 · 引导学生分析：研究对象（小球）、受力（重力G、两个面的支持力F1、F2）、三力平衡。采用合成法，或正交分解法求解。 · 【例2】在科学研究中，人们利用风力仪直接测量风力的大小，其原理如图所示，仪器中有一根轻质金属丝，悬挂着一个金属球。无风时，金属丝竖直下垂。当受到沿水平方向吹来的风时，金属丝偏离竖直方向一个角度，风力越大，偏角越大。通过传感器，就可以根据偏角的大小指示出风力的大小。那么，风力的大小F跟小球质量m、偏角θ之间有什么关系？ · 引导学生使用多个方法进行求解，列平衡方程求解。 记录解决平衡问题的五步思路。 跟随教师的例题讲解，学习如何选择研究对象、进行受力分析、建立平衡方程。 在笔记本上同步练习，掌握方法。 提炼出清晰的解题思路框图，帮助学生形成解决平衡问题的策略性知识。通过典型例题的讲解，示范如何将思路应用于具体问题，特别是合成法和正交分解法的选择与运用，这是突破难点的关键。 新课讲授 三、平衡条件的应用实例（STS教育） 1. 生活应用： 分析“帆船逆风行驶”的原理：风力分解为推船前进的分力和使船侧倾的分力，通过调整舵和帆的角度，使船在平衡状态下沿“之”字形路线前进。 解释“重心与稳定”的关系：降低重心、增大支面可以提高物体的稳定程度，如不倒翁、塔式起重机。 2. 工程应用： 展示斜拉桥图片，分析桥塔和钢索的受力：钢索的拉力分解为竖直向上分力（支撑桥面重力）和水平分力（由桥塔平衡）。 简要介绍建筑结构中力的平衡分析的重要性。 3. 现代科技： 提及宇航员在空间站中处于“失重”环境，但空间站本身需要精确的受力平衡来控制轨道和姿态。 聆听讲解，感受物理知识在生活和科技中的广泛应用。 · 思考并与同桌讨论生活中还有哪些平衡条件的应用实例。 将物理知识与生活、生产、科技前沿联系起来，体现物理学的实用价值，落实“科学态度与责任”的培养。激发学生学习物理的兴趣和自豪感。 课 堂 练 习 一、单选题 1．《中国制造2025》是国家实施强国战略第一个十年行动纲领，智能机器制造是一个重要方向，其中智能机械臂已广泛应用于各个领域。如图所示，一个机械臂将铁夹转到水平位置，然后竖直夹起一个金属小球，小球在空中处于静止状态，铁夹与球接触面保持竖直，则（　　） A．若增大铁夹对小球的压力，小球受到的摩擦力变大 B．小球受到的摩擦力与重力大小相等 C．若铁夹竖直向上匀速平移，小球受到的摩擦力变大 D．若铁夹水平向左匀速平移，小球受到的摩擦力变大 【答案】B 【详解】无论是静止状态，还是匀速平移，对小球受力分析可知，在竖直方向上小球受到的重力与静摩擦力是一对相互平衡的力，可知静摩擦力与重力大小相等，方向相反，故B正确，ACD错误。 故选B。 2．如图甲所示，某工地上起重机将重为的正方形工件缓缓吊起，四根质量不计等长的钢绳，一端分别固定在正方形工件的四个角上，另一端汇聚于一处挂在挂钩上，绳端汇聚处到每个角的距离均与正方形工件的对角线长度相等，如图乙所示。则每根钢绳的受力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】D 【详解】每根钢绳的受力大小为F，绳端汇聚处到每个角的距离均与正方形工件的对角线长度相等，故根据几何关系可知 解得 故选D。 3．如图所示，用一根长为L的细绳一端固定在O点，另一端悬挂质量为m的小球A，为使细绳与竖直方向夹角为30°且绷紧，小球A处于静止，则需对小球施加的力的最小值等于（    ） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】以小球为研究对象，进行受力分析。 根据作图法分析得到，当小球施加的力F与细绳垂直时，所用的力最小．根据平衡条件可知F的最小值为 故选B。 4．如图所示，用三根相同的钢索将重力为G的重物匀速吊起，此时三根钢索的拉力等大，与竖直方向的夹角均为60°，则每根钢索的拉力大小为（　　） A． B． C． D． 【答案】B 【详解】设每根钢索对重物的拉力大小为F，考虑各力沿竖直方向的作用效果，由平衡条件可得 3Fcos 60°＝G 解得 F＝ ACD错误，B正确。 故选B。 二、多选题 5．四个共点力、、、作用下物体的平衡条件可以表述为（　　） A．、、、的合力为零 B．、、的合力与大小相等，方向相反 C．、的合力与、的合力相同 D．、的合力与、的合力大小相等，方向相反 【答案】ABD 【详解】A．、、、的合力为零则物体处于平衡状态，所以A正确； B．、、的合力与大小相等，方向相反，它们的合力为0，则物体处于平衡状态，所以B正确； CD．、的合力与、的合力大小相等，方向相反，它们的合力才为0，所以C错误；D正确； 故选ABD。 6．在水平力F的作用下，重为mg的物体沿竖直墙壁匀速下滑，如图所示。设物体与墙壁之间的动摩擦因数为μ，则物体所受的摩擦力的大小为（　　） A．μF B．μF+mg C．mg D． 【答案】AC 【详解】由题意可知，物体受到的摩擦力为滑动摩擦力，由可知，物体所受的摩擦力的大小为 竖直方向平衡可得 故选AC。 7．图中重物的质量为m，轻细线AO和BO的A、B端是固定的，平衡时AO是水平的，BO与水平面的夹角为θ。AO的拉力F1 和BO的拉力F2的大小是（　　） A． B． C． D． 【答案】BD 【详解】以结点为研究对象，分析受力情况为：三根细线的拉力，重物对O点的拉力等于mg。根据平衡条件得知，mg与F1的合力与F2大小相等、方向相反，作出力的合成图如图 则有 AC错误，BD正确。 故选BD。 三、实验题 8．在“共点力的合成”实验中，橡皮筋的一端固定在O点，另一端A上系有AB和AC两条细线，线的B端和C端各连接若干小砝码，线AC跨过一光滑定滑轮；实验中橡皮筋与定滑轮始终在同一竖直面内，如图a所示。已知每个小砝码的质量均为，重力加速度取9.8m/s2。       （1）以图b中的两条粗线分别作为图a中AB和AC的方向，利用实验室所给的带刻度的直尺，在图b中画出两条细绳对橡皮筋的拉力并用作图法画出合力。 （2）从题给数据和画图所得到的结果，可以求得合力的大小为 。 （3）取下砝码，用弹簧秤勾住细绳将橡皮筋的A端拉到同一位置，弹簧秤的示数如图所示。由此读出弹簧秤的拉力大小为 。 （4）与有比较明显的差别的原因可能是 （写出一条即可）。 【答案】 5.4 6.4 作图时的误差 【详解】（1）[1]设每小格代表1.96N，根据砝码个数作图，如图 （2）[2]由图可知合力大小为 （3）[3]由此读出弹簧秤的拉力大小为。 （4）[4]与有比较明显的差别的原因可能是作图时的误差。 四、解答题 9．如图所示，一质量为m=50kg的木箱，某人用F=200N的水平拉力拉木箱，使木箱在水平地面上匀速运动。重力加速度g取10m/s2，求： (1)画出木箱的受力分析图； (2)木箱受到地面的摩擦力f的大小； (3)木箱与水平地面间的动摩擦因数µ。 【答案】(1)见解析 (2)200N (3)0.4 【详解】（1）木箱受重力、支持力、水平向左的摩擦力和向右的拉力F，受力分析图如图所示 （2）由于木箱在水平地面上匀速运动，则木箱受到地面的摩擦力大小为 （3）木箱对地面的压力为 则木箱与水平地面间的动摩擦因数为 10．图示为生活中两种悬挂物体方式的简化示意图，甲图中轻杆DB一端用铰链固定在竖直墙壁上，另一端B通过水平轻绳 AB固定在竖直墙壁上，∠DBA=30°，轻杆的B端用轻绳 BC拉住一个质量为M的物体；图乙中轻绳 EQ 跨过固定在竖直墙壁的轻杆HP右端的光滑定滑轮拉住一个质量也为M的物体，EP 水平，∠HPE=30°，重力加速度为g。求： (1)轻杆DB对B点的支持力大小； (2)轻绳AB段与轻绳EP段的拉力大小之比。 【答案】(1) (2) 【详解】（1）对B点受力分析，如图所示 根据平衡条件可得 可得轻杆DB对B点的支持力大小 （2）由B点受力分析，可得 可得 图乙中EPQ为跨过光滑定滑轮的一根轻绳，故有 则有 课 堂 小 结 §3.6 共点力的平衡条件及其应用 一、平衡状态 静止 或 匀速直线运动 二、平衡条件（共点力） F合 = 0 （正交分解：Fx合 = 0, Fy合 = 0） 三、解决平衡问题的一般思路 1. 确定研究对象 2. 受力分析 → 画受力图 3. 判断是否平衡 4. 建立平衡方程 - 合成法（常用于三力平衡） - 正交分解法（通用） 5. 求解讨论 四、应用举例 · 生活中的平衡（悬挂、斜面） · 工程中的平衡（桥梁、建筑） 板 书 设 计 §3.6 共点力的平衡条件及其应用 作业 布置 1. 基础题：教材课后 【练习】第2、3题（简单的受力分析与平衡计算）。 2. 应用题： 【必做】质量为m的物体放在倾角为θ的固定斜面上静止，求物体所受的支持力和静摩擦力。 【选做】设计一个实验方案，测量一本厚书与桌面间的动摩擦因数。要求写出实验原理、步骤和需要测量的物理量。 3. 思考题：两人用一根扁担抬一筐重物，重物挂在扁担的什么位置，两人肩膀所受的压力才相等？为什么？ 教学反思 本节课作为力学知识的重要应用环节，整体教学流程清晰，从实验探究得出规律到方法总结应用，符合学生的认知规律。通过探究实验，学生对平衡条件的理解更为深刻。在解题方法指导环节，提炼出的“五步法”思路框图为学生提供了清晰的解题路径，有效降低了畏难情绪。例题讲解起到了良好的示范作用，但部分学生在独立进行受力分析时，仍存在多画、漏画力的现象，尤其是摩擦力的判断，这需要在后续教学中持续加强训练。正交分解法的应用是本课的难点，尽管进行了讲解和示范，但部分学生在坐标系建立和三角函数计算上仍不熟练，反映出数理结合能力的欠缺，建议后续安排专门的习题课进行强化。此外，在STS教育环节，学生对工程实例表现出浓厚兴趣，未来可以搜集更多贴近生活的案例或视频素材，以进一步激发学习动力，体现物理学的应用价值。总体而言，本节课基本达成了教学目标，为后续学习牛顿运动定律打下了必要的知识基础。 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $