4.3 共点力的平衡 教学设计-2025-2026学年高一上学期物理鲁科版必修第一册

§4.3　共点力的平衡 一、教学目标与核心素养： 1、物理观念 ①能用共点力的平衡条件分析生产生活中的相关问题，解决一些相关的实际问题； ②具有与力平衡相关的初步的相互作用观念。 2、科学思维 ①能运用数学中的三角函数、几何关系等对力与平衡问题进行分析和推理； ②能从不同的角度解决力与平衡问题。 3、科学探究 能通过图形分析，寻找规律，形成初步的结论；能知道交流的重要性。 4、科学态度与责任 ①能欣赏“力与平衡”之美，能做到实事求是，坚持自己的观点； ②能体会物理学的技术应用在生产生活得作用及意义。 二、教学重点 判断物体是否处于平衡状态及平衡状态的条件。 三、教学难点 根据物体的平衡状态选择合适的方法解决实际问题。 四、教学方法： 实验探究法 五、课时安排： 　　二课时 六、教学仪器： 　 弹簧测力计、细绳、橡皮筋、图钉、木板、刻度尺、量角器、三角板、白纸、海绵 七、教学环节： （一）引入新课： 复兴号上的平衡挑战视频引入，激发学生的学习兴趣和体会物理来源于生活，又走向生活的理念。 问题：车票处于什么状态？它又是如何保持这种状态的？ （二）新课教学： 一、平衡状态 思考：石头和家具处于什么样的状态？（静止） 匀速行驶的汽车 匀速自动扶梯上的人 思考：汽车和人处于什么样的运动状态？ （匀速直线运动状态） 得出平衡状态的概念。 1、定义：物体相对于地面保持静止或匀速直线运动时所处的状态，叫做平衡状态。 静平衡：物体保持静止状态 平衡状态的种类： 动平衡：物体保持匀速直线运动状态 准静态：物体缓慢移动 2、平衡状态的运动学特征：v=0 或v不变，即：a=0 思考1：飞机从起飞到以一定速度平稳飞行，再到降落，最后停在机场的停机坪上。在这个过程中，飞机经历了哪些阶段？在各阶段飞机处于什么样的状态？ 起飞阶段 速度增加 a≠0 非平衡状态 平稳飞行阶段 速度不变 a＝0 平衡状态 降落阶段 速度减小 a≠0 非平衡状态 停在机场的停机坪上 速度为0 a＝0 平衡状态 思考2：速度为0的物体一定处于平衡状态么？ 在光滑的斜面上以一定速度使小球沿斜面向上运动， 运动到最高点时速度为0，小球在该位置能一直保持静止状态么？ 得出结论：速度为0的物体不一定处于平衡状态。 注意：保持静止和瞬时速度为0不同 进一步提出问题：物体保持平衡状态需要满足什么条件？ 二、共点力的平衡条件 1、物体受两个共点力作用时的平衡条件。F1 F2 两个共点力：等大、反向、作用在一条直线上， 则F合=0 2、物体受三个共点力作用时的平衡条件。F1 F3 F2 F12 三个共点力：若F1、F2的合力与F3等大、反向、 作用在一条直线上，那么物体相当于受 到两个共点力，则F合=0 推论1：三力平衡中，任意一个力与其余两个力的合力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 推论2：一个物体如果受到三个不平行的力的作用而处于平衡状态，这三个力的延长线一定共点。 牛刀小试： 1、挂在光滑的竖直墙壁上的圆球所受重力和墙的支持力的合力沿什么方向？ 　　2、物体受到如图所示三个共点力、、的作用，物体是否可以处于平衡状态？ F1 F1 F1 3、用绳子挂在光滑竖直墙壁上的均匀圆球，平衡后绳子的方向是否可能如下图所示？ 4、均匀直棒的上端用细绳悬吊，在下端施加一水平作用力，平衡后棒能否处于下图所示位置？ 3、物体受n个共点力作用时的平衡条件。 F1 F5 F2 F3 F4 多个共点力：若F1、F2、F3、F4的合力与F5等大、 反向，那么物体相对于受到两个共点力，则F合=0 推论3：n个力平衡中，任意一个力与其它（n－1）个力的合力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 结论：共点力平衡条件是F合= 0 例：用绳子将鸟笼挂在一根横梁上，如图所示。若鸟笼重19.6N，求绳子OA和OB对结点O的拉力。 (1)合成法 以O点为研究对象，根据共点力的平衡条件，对O点受力分析。 且 由三角函数关系得 所以，绳子OA对结点O的拉力大小是17.0N，方向沿绳由O指向A；OB对结点O的拉 力大小是9.8N，方向沿绳由O指向B。 (2)正交分解法 以O点为研究对象，建立直角坐标系，将O点受到的力正交分解，根据O点平衡，可得： 所以，绳子OA对结点O的拉力大小是17.0N，方向沿绳由O指向A； OB对结点O的拉力大小是9.8N，方向沿绳由O指向B。 变式：若两绳能承受的最大拉力相同，持续增大悬挂物的重力，哪段绳子最先被拉断？ 随着G的增大，受拉力较大的OA段绳子先被拉断。 三、物体平衡条件的应用 1．确定研究对象。研究对象可以是单个物体也可以是多个物体组成的整体。 2．分析研究对象的状态。判断是否平衡，是静止还是匀速。 3．对研究对象进行受力分析。要画出力的示意图。 4．依据平衡条件列式。运用平行四边形定则进行合成或者分解，再列出力的平衡方程。 5．求解答案并对结果作必要讨论。 牛刀小试： 如图所示，重为G＝10N的小球在竖直挡板作用下静止在倾角为θ＝30o的光滑斜面上，已知挡板也是光滑的，求：①挡板对小球弹力的大小；②斜面对小球弹力的大小。 G/ θ G F1 F2 四、平衡的种类和稳度 　1、平衡的种类 演示1：用手指顶半圆铁线，展示沿半圆凹向顶很容易平衡，而沿凸向顶不容易平衡。 问：为什么会出现这种情况？ 引导回答：凹向顶时重心低，凸向顶时重心高。 演示2：见课本P92的图5－33。（实验室有仪器） 　　得出：平衡的种类： 　　　不稳定平衡：物体稍微偏离平衡位置后，不能自动回到原平衡位置，这种平衡叫不稳定平衡。 　　　稳定平衡：物体稍微偏离平衡位置后，在重力的作用下自动回到原来的位置，继续保持平衡状态，这种平衡叫做稳定平衡。 　　　随遇平衡：物体稍微偏离平衡位置后，它的重心既不降低也不升高，始终保持平衡状态，这种平衡叫随遇平衡。 　2、稳度 　　定义：在物理学中，物体的稳定程度叫稳度。 　　影响稳度大小的因素： ①物体重心的高低：支持面相同的情况下，重心越低越稳定。 ②支持面的大小：重心高度相同的情况下，支持面越大，越稳定。 （三）本节小结： 1、平衡状态：物体静止或匀速直线运动时所处的状态。 2、在共点力作用下，物体的平衡条件：F合=0 在任一方向上，物体所受到的合力均为零。 其中任意一个力的合力必与剩余所有力的合力等大、反向、共线。 3、解题思路： ①明确研究对象。 ②分析研究对象受力，正确画出其受力图。 ③利用共点力平衡条件列平衡方程求解未知量。 直接平衡：其中任意一个力的合力必与剩余所有力的合力等大、反向、共线。 先分解后平衡：先分解某个力或几个力，再利用各方向上的合力均为零的平衡条件求解。 4、平衡的种类和稳度 （四）课堂练习： 1．物体处于平衡状态的条件是（ D ） A．物体只有受到大小相等、方向相反、作用在同一直线上的两个力作用时，才处于平衡状态 B．物体只受到一个力的作用，也可能处于平衡状态 C．物体速度为零，一定处于平衡状态 D．在共点力作用下的物体，物体所受合力为零，一定处于平衡状态。 2．物体受三个共点力作用，下列各组力可以使物体处于平衡状态的是（ BCD ） A．F1＝3N、F2＝6N、F3＝10N B．F1＝3N、F2＝6N、F3＝8N C．F1＝5N、F2＝4N、F3＝9N D．F1＝5N、F2＝3N、F3＝7N 3．某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为 6 m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？ （五）课外作业： P103　3、4、5 （六）板书设计： 　　　　　　　　　　§4.3　共点力的平衡 一、平衡状态： 二、共点力作用下物体的平衡条件 　　　　　　　　物体所受的外力是共点力 1、平衡条件 　　　　　　 　2、正交分解时可采用：， 三、物体平衡条件的应用 四、平衡的种类和稳度 　　　　　　　　　不稳定平衡 　1、平衡的种类　 稳定平衡 　　　　　　　　　随遇平衡 　　　　　　　　　　　重心的高低 2、影响稳度的因素 　　　　　　　　　　　接触面的大小 八、课堂教学反思： 共点力的平衡－1 学科网（北京）股份有限公司 $