3.6 共点力作用下物体的平衡 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理教科版必修第一册

该高中物理教学设计聚焦共点力作用下物体的平衡条件，通过播放羱羊平衡视频导入，回顾共点力概念，归纳平衡状态并纠正错误前概念，结合理论推理与实验探究形成学习支架。 特色在于情境化教学激发兴趣，模型建构（如羱羊平衡、三角形结构）培养科学思维，实验探究（力传感器等器材）提升科学探究能力，融入我国工程材料成就增强科学态度与责任，助力学生解决实际问题，为教师提供优质教学资源。

6.共点力作用下物体的平衡 教学设计 课程基本信息 学科 物理 年级 高一 学期 秋季 课题 6.共点力作用下物体的平衡 教科书 书 名：高中物理必修一 出版社：教育科学出版社 教学目标 1.物理观念：理解并掌握共点力平衡的核心条件：合力为零；理解并掌握“正交分解后，x 轴、y 轴方向的合力均为零” 是共点力平衡的等效条件，形成“力的合成与分解” 在平衡问题中的关联认知。能运用共点力平衡条件，解释真实情境中的平衡原理，实现从“理论知识”到“实际应用” 的转化。 2.科学思维：面对真实情境，能剔除次要因素（如羱羊的身体形状、水杯的材质），构建“质点模型”（将物体视为只受共点力的质点），掌握“从真实情境抽象物理模型” 的思维方法。能通过的逻辑推理，推导共点力平衡的通用条件；实验后能结合数据，分析“分方向合力为零” 与“总合力为零” 的等效性，提升分析推理与逻辑论证能力。拓展三角形结构模型时，能类比“三力平衡可构成封闭三角形” 的规律，迁移应用到其他支撑结构，培养模型迁移与拓展思维。 3．科学探究：基于“探究共点力的平衡条件” 的任务，能自主明确探究问题，并根据已有器材设计实验方案，准确收集实验数据；在数据处理时，能通过正交分解法计算x 轴、y 轴方向的合力，归纳得出“分方向合力均为零” 的结论，完成“数据→结论” 的转化。实验后能反思误差来源，培养严谨的探究态度与误差分析能力。 4.科学态度与责任：通过羱羊平衡的自然现象和生活中三角形结构的应用，激发对“力与平衡” 的好奇心，体会物理学对自然现象和工程技术的解释与指导价值，增强对物理学科的兴趣。了解我国支撑结构材料，认识我国在工程材料领域的发展与成就，培养民族自豪感与科技自信。实验探究中能尊重实验数据，不篡改、不编造结果，坚持“实事求是” 的科学精神；完成拓展题时，能主动进行实践探究，培养自主学习与探索精神。 教学重难点 教学重点：共点力平衡的条件。 教学难点：构建共点力平衡模型，分析和解决共点力平衡的实际问题。 教学过程 （教学环节一）激发物理兴趣，感受平衡魅力 【情境导入】教师播放羱羊在几乎垂直的大坝上舔盐，保持平衡的视频，提问：“那羱羊 到底为何能保持平衡？”引导学生思考物体平衡的原因。 （教学环节二）回顾共点力概念 教师播放PPT，展示悬挂的花盆，教室里的灯管，进行受力分析区别共点力与非共点力， 明确研究对象。 （教学环节三）归纳总结“平衡状态”的概念，纠正错误前概念 教师播放ppt 图片，竖立的石块，桌面上的书，平直公路匀速行驶的汽车。进行受力分析，描述运动状态。桌子上的书，竖立的石块、虽然都受到了力的作用，但仍然保持静止状态。平直公路上匀速行驶的汽车，虽然受力的作用，但仍能保持匀速直线运动。 平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态。 【问题驱动】：同学们还能举出生活中哪些保持平衡状态的情境？ 学生数字人荡秋千：老师，我在荡秋千时觉得自己在最高点有一瞬间的速度为零，我在最高点的时候是平衡状态。 教师回答：首先这位同学很敏锐地感觉到了秋千在最高点时，速度为零的这一瞬间。但是这一瞬间的状态是不能保持的，因而秋千荡在最高点不能称为静止。不是平衡状态。 平衡条件:要使物体保持平衡状态，作用在物体上的力必须满足一定的条件。 （教学环节四）通过理论推理和实验实践得出共点力作用下物体的平衡条件 【理论探究平衡条件】：那么要想物体保持平衡状态，作用在物体上的力就要满足一定的 条件。那应该要满足怎样的平衡条件呢？ 观察图中的三幅图，虽然受力个数不一样，作用效果却是相同的，就是使杯子保持静止。对三幅图进行受力分析，图1 受到向上的一个拉力和自身的重力，属于二力平衡。图2 中受到两根绳子的拉力和向下的重力属于三力平衡，图三中受到三根绳子的拉力和一个重力是四力平衡，通过等效替代的思想探究表明，都可以归为二力平衡，归纳平衡条件应该满足合力为零的条件。 初步得出共点力作用下物体的平衡条件：物体受到的合力为零。 【实验探究平衡条件】 实验思路：走钢丝的杂技演员单脚踩在钢丝的P 点上处于平衡状态，结合情境，来进行共点力平衡条件的实验探究。（一根绳子拉力相等） 实验器材：自动铅笔、中性笔、直尺、三角尺、50 克钩码，橡皮圈穿过细绳上可以自由移动，力传感器，在这里要强调拉力的方向必须要沿着力传感器上箭头所指的方向。可悬挂的磁吸白板将力传感器磁吸在白板上，实验盘：实验盘将圆分成了36 份，每一份都是10度，两个圆圈之间的距离是一厘米。 教师提问：同学们可以根据我们的实验仪器和走钢丝的情景，想到我们应该设计什么样的实验呢。不知道同学们有没有想法？ 请同学们一起来观看老师的演示实验视频。 播放实验视频：实验视频包括以走钢丝为情境，在细线的中间挂橡皮筋再挂上钩码，以确定的角度测力，收集数据后，用平行四边形定则验证理论探究的结论。 【深度探究】除此之外，同学们还有没有其他的发现呢？实验中绳子的拉力大小始终相等，与水平方向上的夹角也相等，如果沿竖直和水平方向建立坐标系，将两个拉力分解在X轴和Y 轴，会发现沿X 轴方向的合力为零，沿Y 轴的方向也为零。 【完善平衡条件】完善共点力作用下物体的平衡条件：大量的实验验证物体的平衡条件为物体受到的合力为零。并且也可以用正交分解法，将各个力沿选定的直角坐标分解，X 轴方向的合力为零，Y 轴方向合力也为零。 （教学环节五）通过真实情境构建模型，进行共点力作用下物体的平衡条件的应用，关联力的合成与分解。讲解矢量合成法和正交分解法。 【案例一：羱羊平衡解密，放大法构建模型】 提问：知道了共点力平衡的条件，同学们想一想是否能分析出羱羊平衡的秘诀呢？ 教师引导：我们仔细来看，虽然大坝是很陡峭的，但是羱羊有很好的抓地能力，寻找自己需要的落脚点，每一步都踩在了大坝的石头上，而石头的倾角是相对来说较缓的。 构建物理模型：假设质量为m 的羱羊将四肢踏在与水平面夹角为θ的大坝石块上舔盐， 其受到石块的支持力和摩擦力分别为多大？（重力加速度为g） 分析运动状态与受力，讲解矢量合成法和正交分解法。 深入提问：同学们有没有发现在大坝上只有雌性羱羊和羱羊幼崽，怎么没有雄性羱羊呢？其实雄性羱羊也需要矿物质，之所以很少看到雄性羱羊在大坝上，因为他的体型是比较大的，会达到100 公斤，难以保持平衡。 那同学们思考一个问题，假如此时质量为m 的雄性羱羊静止在与水平面夹角为θ的斜面上。与斜面间的动摩擦因数等于μ，一男子沿斜面方向向上刚好推动雄性羱羊，用了多大的力？ 平衡状态分析（尤其是摩擦力的变化）：刚好推动意味着此时在平衡状态的临界，是用最小的推力来打破这个平衡状态。也就是推动羱羊至少用多大的力。仍然可以按平衡状态来分析。 【案例二：三角形平衡结构，平衡在生活中的应用】 展示PPT:古代人用长木头来做门撑，利用竹竿和绳子进行捕鱼，现代社会我们的起重机和空调外机的支撑装置。都形成了三角形的平衡结构。 构建模型：图中轻质硬杆OB 可绕通过B 点且垂直于纸面的轴转动，钢索OA 和杆OB的重量可忽略。悬挂物的重量是G，钢索OA 和杆OB 的夹角为θ ，钢索AO 对O 点的拉力和杆OB 对O 点的支持力各是多大？ 矢量合成法： 正交分解法： （教学环节六）简述平衡结构装置对支撑材料的要求，展示我国在支撑材料上的进步。 在实际生活中，还有很多这样的三角形平衡结构，对于支撑结构的材料性能要求是很高的，材料的强度、塑性、稳定性决定了我们支撑的稳定性。近年我们国家在此方面就有一大 进步。 （教学环节七）总结梳理 【本章小结】本节课我们通过分析生活中的平衡情境，得到共点力作用下物体的平衡状态是保持静止或匀速直线运动状态。通过理论探究和实验探究的方法知道共点力作用下物体的平衡条件是物体受到的合力为零。通过将真实情境构建模型来求解我们所需要力的过程，学会了矢量合成法与正交分解法。 从羱羊借平衡求生，到古人以平衡造物，我们用科技完善平衡之理，平衡是自然的秩序，是人类的智慧，更是一脉相承的真理。 【拓展实践作业】水瓶由易断的A 绳和B 绳悬挂在支架上。两绳成90 度。随着水量的增多，哪根绳先断呢？当你在移动放在水平地面的桌子时，会采用推与拉两种方法，这两种方法的 作用力方向不同，推力斜向下，而拉力斜向上，哪一种更省力呢？为什么呢？ 学科网（北京）股份有限公司 $