第一节 生活中常见的力（教学设计）物理沪科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦重力、弹力、摩擦力等生活常见力的产生条件、三要素及表征，通过举重、登山等生活情境导入，衔接初中力学基础，为后续平衡条件、牛顿运动定律等内容搭建力学观念与矢量意识的学习支架。 资料以科学探究为核心，设计“弹簧弹力与形变量关系”完整实验过程，结合静摩擦力、滑动摩擦力视频辅助理解，科学思维层面运用等效替代思想解析重心、分析静摩擦力“自调节”特性，助力学生建立“力是相互作用”的物理观念，为教师提供重难点突破策略，提升课堂效率与学生探究能力。

第一节 生活中常见的力（教学设计） 年级 高一 学科 物理 课时数 课题 第三章 相互作用与力的平衡 第一节 生活中常见的力（教学设计） 教学 目标 一、物理观念 1. 建立“力是物体间相互作用”的核心观念，认识力的三要素与力的作用效果； 二、科学思维 1. 能借助实例分析受力情况，正确绘制力的图示与示意图； 2. 运用“等效替代”的思想理解重心概念及其确定方法； 3. 应用数学化方法（坐标图像、比例关系）处理实验数据，提炼胡克定律。 三、科学探究 1. 体验“提出问题—猜想—设计实验—获取证据—得出结论”的完整探究过程，掌握探究弹力与形变量关系的实验设计思路； 四、科学态度与责任 1. 通过体育与工程实例，感受力学知识对运动技能和工程技术的重要价值，激发学习兴趣； 2. 认识到科学技术与人类社会、自然环境的密切联系，形成节能减排、减少摩擦损失的意识。 教材 分析 本节内容选自《相互作用与力的平衡》第一节“生活中的常见力”。教材以学生熟悉的体育与日常生活情境为依托，选择举重、登山、葡萄下坠等实例，引出重力、弹力、摩擦力等常见力的产生、特征及表征方式；通过“弹簧弹力与形变”探究活动，培养学生的实验设计与数据处理能力；并以静摩擦力与滑动摩擦力的比较提升学生的模型意识和科学思维。该节是高中力学的奠基部分，后续平衡条件、牛顿运动定律、机械能守恒等内容均以本节“力的概念与三要素”为基石，因此教学中须注重对力学观念、矢量意识的建立和探究能力的培养。 教学重点 （1）重力、弹力、摩擦力的产生条件、三要素及方向判定； （2）胡克定律的实验探究。 教学难点 （1）重心概念及其等效处理； （2）静摩擦力“自调节”特性的理解与应用； （3）弹簧弹力—形变量正比关系的实验设计与数据分析。 教学过程 教师活动 学生活动 导入新课 举重运动员运用力量与技巧举起杠铃，展现出力与美。图中，登山运动员脚蹬、手攀，在峭壁上攀爬。运动员的举重过程、登山过程均与重力、弹力、摩擦力的作用有关，这些都是生活中常见的力，如何表示和描述这些力呢! 根据情境思考问题 学习新课 一、力 1. 力的三要素 影响力作用效果的因素——力的三要素，即力的大小、方向和作用点。 （1）力的大小可用测力计(弹簧秤)测量。 （2）三要素相同的力，作用效果相同；大小、方向相同，仅作用点不同，力的作用效果也可能相同（例如推力和拉力）。 2. 力的概念 在物理学中，人们把物体与物体之间的相互作用，称为力（force）。 如果一个宏观物体的运动状态发生变化或者这个物体发生了形变，那么这个物体就受到了力的作用。 3. 力的作用效果 （1）使物体发生形变（静力效果） （2）改变物体的运动状态(动力效果) 4. 力的性质 （1）物质性：力不能离开物体而独立存在，必同时存在施力物体和受力物体。 （2）相互性： 物体间力的作用是相互的，即力总是成对出现。 （3）矢量性：力不仅有大小，而且有方向，是矢量。 （4）独立性：一个物体可能同时受多个力作用，每一个力都产生独立的作用效果。 5. 力的分类： （1）效果力（力的作用效果命名）：压力、支持力、拉力、推力、动力、阻力、吸引力、排斥力等。 （2）性质力（力的产生来源命名）：重力、弹力、摩擦力、分子力、电场力、磁场力等。 （3）内力和外力（力的作用对象命名） 6. 力的表示方法 （1）力的图示：精确表示（大小、方向、作用点） （2）力的示意图：粗略表示（方向、作用点） 不同之处：①标度；②等分线段并加刻度线 掌握力的三要素 记忆里的两个作用效果，理解运动状态的改变 能够用两种方法表示力 学习新课 二、重力 1. 重力 【问题情境】成熟的苹果最终会落到地上，这是因为苹果受到重力的作用，那么重力是谁施加的呢？怎量量度重力的大小呢？重力的方向如何？作用点有在哪里呢？ （1）定义：物体在地面附近由于地球的吸引而受到的力称为重力（gravity），用字母 G表示。 （2）重力G与质量m的关系：G = mg其中g就是前面学过的重力加速度。 （3）重力性质：重力不仅有大小，还有方向。重力的方向总是竖直向下。 （4）重心：一个物体的各个部分都受到重力的作用。从效果上看，我们可以认为各个部分受到的重力集中作用于一点，这个点称为物体的重心（center of gravity） （5）单位：牛顿，简称牛，符号用N表示 2. 注意事项 （1）重力不等于地球的吸引力，它只是地球吸引力的一部分； （2）重力的施力物体是地球； （3）重力是非接触力； （4）地面附近的物体都受重力，与物体所处的运动状态、速度大小无关； (5)不能说重力就是地球对物体的吸引力（G≤F引）； (6)地球上一切物体都受重力作用，物体所受重力的施力物体是地球； (7)物体所受的重力与它所处的运动状态、速度大小、是否接触无关。 3. 重力的作用点—重心 （1）影响重心位置的因素：质量分布、形状 （2）重心位置的确定 ①形状规则的均匀物体：几何中心 形状规则、质量分布均匀的物体，重心就在它的几何中心，用C表示重心的位置。 ②形状不规则的物体：悬挂法 可以应用二力平衡的知识通过实验来确定形状不规则物体的重心位置。例如，要确定图中薄板的重心位置，可以先在A点把物体悬挂起来，通过A点画一条竖直线 AB，由于A点悬线的拉力跟薄板的重力平衡，薄板的重心必定在AB连线上；然后，再选另一处D点把物体悬挂起来，过D点画一条竖直线DE，薄板的重心必定在DE连线上。因此，AB和DE的交点C，就是薄板的重心。 （3）物体的重心可以不在物体上，重心也不是物体上最重的点。如：桌椅、板凳…… 掌握重力的定义、性质和单位，以及重力G与质量m的关系 掌握形状规则的均匀物体和形状不规则的物体重心的确定方法 正确理解物体的重心可以不在物体上 学习新课 三、弹力 1. 弹力和形变的关系 【问题情境】弹力也是生活中常见的力。我们通常说的绳子的拉力、桌面的支持力等具有相同的产生原因，都属于弹力。由生活经验可知，弹力与形变直接相关。 【结论】①一切物体在力的作用下都会产生形变,有的物体形变较为明显;有的物体的形变极其微小。 ②如果形变过大，超过一定限度，物体的形状将不能完全恢复，这个限度叫做弹性限度 （1）形变：物体在力的作用下的形状或体积会发生改变。 【思考】任何物体受到力，是否一定发生形变？ 【结论】一定发生形变，只是有的形变明显（明显形变），有的不明显（微小形变）。 有的物体形变很明显，容易观察，有的物体形变很难直接观察，我们可以用实验验证其存在。 一块剖面为三角形的有机玻璃压在另一块有机玻璃上，发生的形变肉眼不能看出。但是形变后，当特殊的光通过有机玻璃不同部位时，产生的花纹会发生变化，利用仪器可以看到这种差异。 2. 弹力 发生弹性形变的物体，由于要恢复原状，会对引起形变的物体施加力的作用，这种力称为弹力（elastic force）。 弹力是由于弹性形变引起的，我们所熟悉的弹簧测力计测量物体所受重力的原理就是利用弹簧的形变进行测量的。 （1）定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。 （2）弹力产生条件（两者需同时满足） ①相互接触 ②发生弹性形变（相互挤压） （3）弹力产生过程 弹力产生过程：力→形变→在恢复原状→对接触物体生作用 （4）弹力的方向 压力和支持力： ①面面接触：弹力垂直接触面 ②点面接触：弹力通过接触点而垂直接触面 3. 探究弹簧弹力与形变量的关系 【实验原理】弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大。 【实验目的】 （1）探究弹簧弹力和弹簧伸长的关系 （2）培养学生实验探究的科学方法 【实验器材】铁架台、弹簧、钩码、刻度尺、坐标纸 【实验步骤】（1）安装实验仪器(如图所示)。 （2）测量弹簧的伸长量(或总长)及所受的拉力(或所挂钩码的质量)，列表作出记录，要尽可能多测几组数据 （3）根据所测数据在坐标纸上描点，以力为纵坐标，以弹簧的伸长量为横坐标。 （4）按照在图中所绘点的分布与走向，尝试作出一条平滑的曲线(包括直线)，所画的点不一定正好在这条曲线上，但要注意使曲线两侧的点数大致相同。 【实验数据处理】以弹簧的弹力F（与弹簧下端所挂钩码受到的重力大小相等）为纵轴、弹簧的形变量x为横轴建立坐标系，在坐标系中描出实验测得的各个数据点，并根据这些数据点画出F-x图像。在误差允许的范围内，这些点近似分布在一条过原点的直线上。 【实验结论】大量的实验表明，在一定条件下，弹簧发生弹性形变时弹力的大小F与弹簧形变量的大小x成正比，即F =kx。 式中的k称为弹簧的劲度系数（stiffness coefficient），单位是牛顿/米，符号是 N/m。通常形容弹簧时所说的有的弹簧“硬”，有的弹簧“软”，指的就是它们的劲度系数不同。这个规律是由英国科学家胡克（R. Hooke，1635—1703）在实验中发现的，称为胡克定律（Hooke’s law）。 4. 胡克定律 （1）概念：在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量（或压缩量）成正比。 （2）公式：F=kx 或△F=k△x 其中：k——弹簧的劲度系数(其大小只跟弹簧的形状、大小、长短、钢丝的线径、材料等因素有关，与弹簧受到多大的弹力无关)，单位为N/m。x为弹簧在拉力F作用下的伸长量或压缩量。 （3）适用范围：此公式适用于弹性限度内，弹簧（或类弹簧物体）的拉伸或压缩形变。 发生弹性限度的物体，如果形变过大，超过一定的限度，撤去作用力后，物体不能回复原来的形状，这个限度叫做弹性限度。 （4）弹力方向 （5）轻杆的弹力 轻杆的含义：不计质量、不发生形变的杆。 轻杆受力特点：①可拉可压；②杆所受的力不一定沿杆的方向； 理解弹力和形变的关系 掌握弹力的定义和产生条件 掌握压力和支持力方向的确定方法 理解探究弹簧弹力与形变量的关系实验的原理、步骤和数据处理方法 记忆实验结论 理解公式中k的物理意义 掌握胡可定律的概念、公式、适用范围 区分各类接触面上弹力的方向 学习新课 四、摩擦力 1. 摩擦力的分类 【知识回顾】我们已经知道，两个相互接触的物体发生相对运动或具有相对运动的趋势时，就会在接触面上产生阻碍相对运动或相对运动趋势的力，这种力称为摩擦力（friction force）。 摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。 2. 静摩擦力 【问题情境】父亲轻轻地沿水平方向推箱子，箱子有相对于地面向前运动的趋势，但仍相对于地面静止。根据二力平衡的原理，一定有一个与推力大小相等、方向相反的力存在。这个力就是地面对箱子的摩擦力。由于此时箱子与地面间相对静止，这个摩擦力称为静摩擦力（static friction force）。静摩擦力沿着接触面作用于物体，与物体相对运动趋势的方向相反。 （2）静摩擦力产生的条件： ①两物体相互接触且有挤压；②接触面不光滑（粗糙)；③两物体间有相对运动趋势 （3）静摩擦力的方向 静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。 观看视频：静摩擦力的大小范围。 （4）静摩擦力的大小 静摩擦力的大小随推力的增大而增大F静=F 两物体间的静摩擦力F静在0与最大静摩擦力Fmax之间，即0 < F静≤ Fmax 当人的水平推力增大到某一值Fmax时候，物体就要滑动，此时静摩擦力达到最大值，我们把Fmax叫最大静摩擦力。 3. 滑动摩擦力 （1）定义 当一个物体相对另一个物体滑动时，接触面间的摩擦力称为滑动摩擦力（sliding friction force）。 大量事实表明，滑动摩擦力的大小与接触面的材料、粗糙程度等因素有关，且与压力成正比。如果用Ff 表示滑动摩擦力的大小，用FN表示压力的大小，则有Ff = μFN 式中μ称为动摩擦因数（dynamic friction factor），是两个力大小的比值，无单位。μ 的数值与相互接触的两个物体的材料、接触面的情况（如粗糙程度）等因素有关。 通常滑动摩擦力的大小略小于同等压力下的最大静摩擦力。 观看视频：研究滑动摩擦力大小的因素 （2）滑动摩擦力的大小 滑动摩擦力的大小跟压力成正比，即F＝μFN 滑动摩擦力的大小由公式F＝μFN计算(也可以由二力平衡来求解) ①FN是两个相接触的物体间的压力，FN的大小可以与重力G大小相等，也可以不等。 ②动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定，与FN无关。 ③滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关。 观看视频：测量滑动摩擦力 近代科学告诉我们，自然界只存在四种基本的相互作用：引力相互作用、电磁相互作用、强相互作用和弱相互作用。由于分子或原子都是由带电粒子组成的，它们之间的作用力主要是电磁相互作用。相互接触物体间的弹力、摩擦力等都是相互靠近的原子或分子间的电磁相互作用的宏观表现。 记忆摩擦力的分类 掌握静摩擦力产生的条件、方向和大小 掌握滑动摩擦力的大小的求解方法和影响因素有 板 书 设 计 第一节 生活中的常见力 一、力 1. 力的三要素 影响力作用效果的因素——力的三要素，即力的大小、方向和作用点。 2. 力的概念 在物理学中，人们把物体与物体之间的相互作用，称为力（force）。 3. 力的作用效果 （1）使物体发生形变（2）改变物体的运动状态 4. 力的性质 （1）物质性 （2）相互性（3）矢量性（4）独立性 5. 力的表示方法 （1）力的图示：精确表示（大小、方向、作用点） （2）力的示意图：粗略表示（方向、作用点） 二、重力 1. 重力 （1）定义：物体在地面附近由于地球的吸引而受到的力称为重力（gravity），用字母 G表示。 （2）重力G与质量m的关系：G = mg其中g就是前面学过的重力加速度。 （3）重力性质：重力不仅有大小，还有方向。重力的方向总是竖直向下。 （4）重心：一个物体的各个部分都受到重力的作用。从效果上看，我们可以认为各个部分受到的重力集中作用于一点，这个点称为物体的重心（center of gravity） （5）单位：牛顿，简称牛，符号用N表示 2. 重力的作用点—重心 （1）影响重心位置的因素：质量分布、形状 （2）重心位置的确定 ①形状规则的均匀物体：几何中心 ②形状不规则的物体：悬挂法 （3）物体的重心可以不在物体上 三、弹力 1. 弹力和形变的关系 （1）形变：物体在力的作用下的形状或体积会发生改变。 2. 弹力 （1）定义：发生弹性形变的物体由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫做弹力。 （2）弹力产生条件（两者需同时满足） ①相互接触 ②发生弹性形变（相互挤压） （3）弹力产生过程：弹力产生过程：力→形变→在恢复原状→对接触物体生作用 （4）弹力的方向，压力和支持力： ①面面接触：弹力垂直接触面；②点面接触：弹力通过接触点而垂直接触面 3. 探究弹簧弹力与形变量的关系 【实验原理】弹簧受到拉力作用会伸长，平衡时弹簧产生的弹力和外力大小相等；弹簧的伸长量越大，弹力也就越大。 【实验结论】大量的实验表明，在一定条件下，弹簧发生弹性形变时弹力的大小F与弹簧形变量的大小x成正比，即F =kx。 4. 胡克定律 （1）概念：在弹性限度内，弹簧的弹力大小与弹簧的伸长量（或压缩量）成正比。 （2）公式：F=kx 或△F=k△x 其中：k——弹簧的劲度系数(其大小只跟弹簧的形状、大小、长短、钢丝的线径、材料等因素有关，与弹簧受到多大的弹力无关)，单位为N/m。x为弹簧在拉力F作用下的伸长量或压缩量。 （3）适用范围：此公式适用于弹性限度内，弹簧（或类弹簧物体）的拉伸或压缩形变。 （4）弹力方向 四、摩擦力 1. 摩擦力的分类 摩擦力分为静摩擦力、滑动摩擦力和滚动摩擦力。 2. 静摩擦力 （1）静摩擦力产生的条件： ①两物体相互接触且有挤压；②接触面不光滑（粗糙)；③两物体间有相对运动趋势 （2）静摩擦力的方向 静摩擦力的方向总是沿着接触面，并且跟物体相对运动趋势的方向相反。 （3）静摩擦力的大小 静摩擦力的大小随推力的增大而增大F静=F 两物体间的静摩擦力F静在0与最大静摩擦力Fmax之间，即0 < F静≤ Fmax 3. 滑动摩擦力 （1）定义 当一个物体相对另一个物体滑动时，接触面间的摩擦力称为滑动摩擦力。 （2）滑动摩擦力的大小 滑动摩擦力的大小跟压力成正比，即F＝μFN 滑动摩擦力的大小由公式F＝μFN计算(也可以由二力平衡来求解) ①FN是两个相接触的物体间的压力，FN的大小可以与重力G大小相等，也可以不等。 ②动摩擦因数μ的大小由接触面的材料和接触面的粗糙程度决定，与FN无关。 ③滑动摩擦力的大小与接触面的面积无关，与物体间相对运动速度的大小无关。 作业布置 教学反思 1 / 1 学科网（北京）股份有限公司 学科网（北京）股份有限公司 $