3.5共点力的平衡 教学设计-2026-2027学年高一上学期物理人教版必修第一册

人教版高中物理必修一 第三章 相互作用——力 第5节 共点力的平衡 教 学 设 计 物理组：xxx 2026年10月10日 目录 一、教材分析 二、学情分析 三、指导思想 四、核心素养目标 五、教学重难点 六、教学流程 七、教学方法 八、教学仪器及用具 九、课时安排 十、教学过程 十一、板书设计 十二、评价反思 一、教材分析 本节课是人教版高中物理必修一第三章"相互作用——力"的第5节，是在学生学习了重力、弹力、摩擦力、力的合成与分解之后，对物体受力平衡问题的综合应用。 教材先通过四个木棒受力图的分类问题导入，复习共点力概念（几个力都作用在物体同一点，或作用线相交于一点）。 第一部分讲共点力平衡的条件：先定义平衡状态（物体保持静止或匀速直线运动状态），通过"v=0一定静止吗"的讨论澄清平衡状态的本质；再从二力平衡（等大反向共线、合力为0）出发，通过思考讨论归纳三力平衡（任意两个力的合力与第三个力等大反向）和N个力平衡（合力为0），得出共点力平衡条件：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。 第二部分讲平衡条件的应用：介绍两种方法——正交分解法（受力分析→建坐标系→正交分解→列Fx=0、Fy=0方程）和力的合成分解法（三力平衡时用平行四边形定则合成）。 教材通过两个典型例题巩固：例题1滑梯问题（水平跨度6m、动摩擦因数0.4，用正交分解法求滑梯最小高度h=μb=2.4m）；例题2两根绳悬吊重物问题（AO绳与竖直方向成θ角、BO绳水平，分别用合成法和正交分解法求两绳拉力）。 共点力平衡是整个力学的基础，后续牛顿运动定律、受力分析、连接体问题都离不开它，地位十分重要。 二、学情分析 本节课的教学对象是县级综合高中的高一学生，入学基础在全县同类学生中处于最低层次。学生已经学习了力的合成与分解，但存在以下困难： 1. 概念理解：对"平衡状态"理解不深，容易误认为v=0就是静止；不会判断"缓慢运动"属于平衡状态。 2. 方法不熟：虽然学过正交分解，但实际解题时不会合理建立坐标系，不会把重力G沿斜面分解为Gsinθ和Gcosθ。 3. 数学薄弱：三角函数（sinθ、cosθ、tanθ）不熟练，列方程和解方程困难。 4. 畏难情绪：例题涉及斜面、绳索等综合问题，学生容易产生畏难情绪。教学中应低起点、慢节奏，通过受力分析图和分步列式帮助学生建立信心。 三、指导思想 本节课以"从平衡状态出发，以受力分析为基础，以正交分解为工具"为教学主线，坚持"教师引导、学生探究、讲练结合"的原则。 通过思考讨论引导学生自己归纳平衡条件；通过典型例题分步板演，示范正交分解法的解题步骤；通过小组讨论让学生尝试列方程，教师针对易错点点评。 四、核心素养目标 1. 物理观念：知道平衡状态和共点力平衡条件（合力为0）；掌握正交分解法解题步骤。 2. 科学思维：能对物体进行受力分析，建立坐标系正交分解，列平衡方程求解。 3. 科学探究：通过滑梯、绳索两个例题，体会物理知识解决实际问题的过程。 4. 科学态度与责任：通过规范解题步骤，养成严谨细致的学习习惯。 五、教学重难点 教学重点： 1. 共点力平衡条件：合力为0； 2. 正交分解法解题步骤； 3. 两个典型例题。 教学难点： 1. 正确建立坐标系并正交分解； 2. 斜面上重力的分解Gsinθ、Gcosθ； 3. 绳索悬吊问题中角度关系。 六、教学流程 第一课时： 1. 导入：四个木棒受力分类，复习共点力。 2. 平衡状态定义，澄清v=0不一定静止。 3. 二力、三力、N力平衡条件，得出合力为0。 4. 正交分解法步骤。 5. 例题1：滑梯问题。 第二课时： 1. 复习平衡条件和正交分解法。 2. 例题2：绳索悬吊重物（合成法+正交分解法）。 3. 课堂练习。 4. 课堂小结与作业。 七、教学方法 讲练结合法、问题引导法、小组讨论法（讨论—展示—质疑—点评）、板演示范法。 八、教学仪器及用具 多媒体课件、电脑及投影仪、白板、粉笔。 九、课时安排 2课时（每课时40分钟，共80分钟）。第一课时完成平衡条件和例题1；第二课时完成例题2和练习。 十、教学过程 第一课时 （一）课前导入（4分钟） 教师出示四个木棒受力图并提问："图甲、乙、丙、丁分别画出了重力为G的木棒在力F1和F2共同作用下处于平衡状态的情况，根据各力作用线的几何关系，哪些情况属于同一类？根据什么划分？" 四个木棒受力图 学生小组讨论、展示，教师点评：甲、丁中各力作用线交于一点，是共点力；乙、丙不是共点力。引出课题——共点力的平衡。 教师复习共点力定义：几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点。 （二）平衡状态（5分钟） 教师讲解：物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。桌上的书静止、随传送带匀速运动的物体都处于平衡状态。注意：缓慢的直线移动可认为是匀速直线运动。 教师提出思考讨论："v=0时物体一定就是静止吗？举例说明。" 学生小组讨论、展示，教师举例：单摆摆到最高点时v=0，但物体不能保持静止，还会继续摆动，所以不是平衡状态。强调：平衡状态的本质是合力为0、加速度为0，不是单纯看速度是否为0。 （三）共点力平衡的条件（10分钟） 1. 二力平衡（3分钟） 教师提问："两个共点力作用下物体保持平衡的条件是什么？"学生回答，教师归纳：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反、在同一直线上，二力平衡时合力为0。 二力平衡：等大反向共线，合力为0 2. 三力平衡（4分钟） 教师提问："三个共点力作用下物体平衡的条件是什么？"学生小组讨论、展示，教师归纳：任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反、在同一直线上，即合力为0。 三力平衡：F₁₂与F₃等大反向 3. N个力平衡（3分钟） 教师引导："N个共点力平衡的条件是什么？"学生归纳：任意N-1个力的合力都与第N个力大小相等方向相反。结论：共点力作用下物体平衡的条件是合力为0，即F合=0。 （四）正交分解法步骤（6分钟） 教师讲解正交分解法四步骤： ①对研究对象进行受力分析； ②建立合适的直角坐标系（以使问题简单为准则）； ③对各力沿x、y坐标轴进行正交分解； ④列平衡方程：Fx合=0与Fy合=0，联立求解。 教师强调：坐标系的选择原则——尽量让更多的力落在坐标轴上，减少分解的力。 （五）例题1：滑梯问题（13分钟） 教师出示例题："某幼儿园要做一个滑梯，水平跨度确定为6m，滑板和儿童裤料间动摩擦因数取0.4，为使儿童能沿滑板滑下，滑梯至少要多高？" 滑梯问题 教师板演解题过程： 滑梯问题正交分解 ①沿平行和垂直斜面方向建立坐标系，把重力G分解为F1=Gsinθ（沿斜面向下）和F2=Gcosθ（垂直斜面向下）； ②x方向平衡：F1-Ff=0，即Ff=Gsinθ； ③y方向平衡：F2-FN=0，即FN=Gcosθ； ④滑动摩擦力：Ff=μFN； ⑤代入得：Gsinθ=μGcosθ，即tanθ=μ； ⑥由几何关系tanθ=h/b，故h=μb=0.4×6m=2.4m。 学生小组讨论："为什么儿童刚好能滑下时摩擦力等于重力沿斜面分力？"教师点评。 结论：滑梯至少要2.4m高。 （六）课堂小结与作业（2分钟） 小结：平衡状态（静止或匀速直线运动）；共点力平衡条件合力为0；正交分解法四步骤；滑梯问题h=μb。 作业：完成学案第一课时练习；思考：两根绳悬吊重物时两绳拉力如何求？ 第二课时 （一）复习导入（3分钟） 教师提问复习：共点力平衡条件是什么？正交分解法的步骤有哪些？ 教师引入："上节课我们解决了滑梯问题，今天用同样的方法解决两根绳悬吊重物的问题。" （二）例题2：绳索悬吊重物——方法1合成法（10分钟） 教师出示例题："用一根水平绳BO牵引悬吊重物的细绳，使悬绳AO与竖直方向成θ角。若重物重力为G，求悬绳AO和水平绳BO所受拉力各多少？" 教师板演方法1（合成法）： O点受三个力：AO绳拉力F1、BO绳拉力F2、重物拉力F3=G。三力平衡，F1和F2的合力F4与F3等大反向。 绳索悬吊问题 由图可知F4=F3=G；F2=F4·tanθ=Gtanθ；F1=F4/cosθ=G/cosθ。 学生小组讨论："为什么F2=F4tanθ？"教师引导画直角三角形分析角度关系。 （三）例题2——方法2正交分解法（12分钟） 教师板演方法2（正交分解法）： 以O为原点，水平向右为x轴，竖直向上为y轴。F1在x、y方向的分力为F1x和F1y。 x方向平衡：F2-F1x=0，即F2=F1sinθ； y方向平衡：F1y-F3=0，即F1cosθ=G； 解得：F1=G/cosθ，F2=Gtanθ。 学生对比两种方法：合成法直观但需要画平行四边形；正交分解法更规范，适合三力以上问题。 教师强调：两种方法结果一致，但正交分解法是通法，必须掌握。 （四）课堂练习（10分钟） 练习1：物体静止在斜面上，下列说法正确的是（ ） A. 物体受重力、支持力、摩擦力、下滑力四个力 B. 物体受重力、支持力、摩擦力三个力 C. 物体受到的静摩擦力方向沿斜面向下 D. 物体对斜面的压力就是重力 学生独立完成，师生订正：B。注意"下滑力"不是真实存在的力，是重力沿斜面的分力。 练习2：用绳AO、BO悬挂重物，AO绳与竖直方向成30°，BO绳水平，重物重G=100N，求两绳拉力。 学生独立列式，教师巡视：FAO=G/cos30°≈115.5N，FBO=Gtan30°≈57.7N。 （五）课堂小结与作业（5分钟） 小结：①平衡状态——静止或匀速直线运动；②平衡条件——合力为0；③正交分解法——建系、分解、列Fx=0和Fy=0；④两种典型题型——斜面问题和绳索悬吊问题。 作业：完成配套习题第三章第五节。 十一、板书设计 3.5 共点力的平衡 一、平衡状态 静止或匀速直线运动（合力为0，不是v=0） 二、平衡条件 共点力平衡：合力为0，F合=0 二力：等大反向共线 三力：任意两力合力与第三力等大反向 三、正交分解法 1.受力分析 2.建坐标系 3.正交分解 4.列Fx=0、Fy=0 十二、评价反思 本节课教学设计有以下特点： 1. 概念辨析到位：通过"v=0一定静止吗"的讨论，帮助学生理解平衡状态的本质是合力为0。 2. 循序渐进：从二力平衡到三力平衡再到N力平衡，由特殊到一般，符合学生认知规律。 3. 方法示范清晰：正交分解法四步骤明确，两个例题分步板演，受力分析图辅助。 4. 一题多解：绳索例题分别用合成法和正交分解法求解，比较两种方法优劣。 5. 小组讨论：导入分类、三力平衡条件、滑梯问题、角度关系等环节都有讨论展示质疑。 不足之处：学生数学（三角函数）基础薄弱，例题1中Gsinθ、Gcosθ的推导和例题2中角度关系是难点；今后应加强三角函数复习和分步列式训练。 学科网（北京）股份有限公司 $