共點(diǎn)力的平衡++教學(xué)設(shè)計(jì) 高一上學(xué)期物理人教版（2019）必修第一冊(cè)

5共點(diǎn)力的平衡目標(biāo)素養(yǎng)1．物理觀念：知道共點(diǎn)力平衡的條件。2．科學(xué)思維：通過對(duì)不同情境下的物體進(jìn)行受力分析，理解共點(diǎn)力和平行力的概念，體驗(yàn)知識(shí)來源于對(duì)實(shí)際問題的解決的思想。3．科學(xué)探究：通過對(duì)共點(diǎn)力平衡條件的探究，在二力平衡的基礎(chǔ)上，經(jīng)過科學(xué)推理，得出共點(diǎn)力平衡的條件，即物體所受的合力為0。4．科學(xué)態(tài)度與責(zé)任：會(huì)用共點(diǎn)力平衡的條件，分析生活和生產(chǎn)中的實(shí)際問題，體會(huì)物理學(xué)知識(shí)的實(shí)際應(yīng)用價(jià)值。重點(diǎn)難點(diǎn)重點(diǎn)共點(diǎn)力的平衡條件為物體所受的合力為0。難點(diǎn)共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用-實(shí)際問題和物理問題的聯(lián)系。教學(xué)準(zhǔn)備教師準(zhǔn)備1．演示實(shí)驗(yàn)器材：平衡鳥玩具、礦泉水瓶、力傳感器4個(gè)、幾何畫板軟件、能夠移動(dòng)的黑板、帶有四個(gè)孔的透明塑料環(huán)狀圓片、棉線若干。2．學(xué)生實(shí)驗(yàn)器材：帶有三個(gè)孔的透明塑料環(huán)狀圓片1個(gè)、棉線3條、彈簧測(cè)力計(jì)3個(gè)、白紙和木板。3．多媒體課件。學(xué)生準(zhǔn)備直尺、三角尺、圓規(guī)、鉛筆等作圖工具。導(dǎo)入新課導(dǎo)入（情境導(dǎo)人）教師演示實(shí)驗(yàn)：使平衡鳥玩具（如圖所示）保持在指尖靜止。提問，為什么“平衡鳥”玩具能保持在指失靜止呢？教學(xué)過程環(huán)節(jié)一：共點(diǎn)力和平行力教師請(qǐng)同學(xué)們畫出下列各圖中物體的受力情況，并與教材“問題”欄圖中各木棒的受力情況進(jìn)行比較，說一說，哪些情況的受力屬于同一類？劃分的依據(jù)是什么？甲飛起的鏈球乙勻速運(yùn)動(dòng)的箱子丙靜止的吊床丁靜止的秋子思考并畫出受力分析圖。進(jìn)行受力分類，說明自己的劃分理由。教師引導(dǎo)學(xué)生思考共點(diǎn)力與平行力的區(qū)別，重中共點(diǎn)力的概念。共點(diǎn)力：幾個(gè)力如果都作用在物體的同一點(diǎn)上，或者它們的延長(zhǎng)線相交于同一點(diǎn)上，這幾個(gè)力叫作共點(diǎn)力。下面，我們就一起來研究一下共點(diǎn)力作用下物體有何特點(diǎn)。設(shè)計(jì)意圖區(qū)分共點(diǎn)力和平行力，聚焦研究的方向是共點(diǎn)力的問題。環(huán)節(jié)二：探究共點(diǎn)力的平衡條件教師設(shè)問：思考一下，圖甲、乙、丙中三個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是怎樣的？平衡態(tài)：物體處于平衡狀態(tài)，即物體受到幾個(gè)力作用時(shí)，保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)。提問：由圖甲、乙、丙所示的三個(gè)情境，可以發(fā)現(xiàn)共點(diǎn)力作用下的物體并不是都處于平衡狀態(tài)。那么，物體在共點(diǎn)力作用下的平衡條件是什么？該如何探究？演示實(shí)驗(yàn)：用細(xì)線提起一瓶礦泉水，并讓礦泉水瓶靜止。提問：礦泉水瓶受到幾個(gè)力的作用？它們是什么關(guān)系？初中把這種現(xiàn)象叫什么？用力的合成分析一下礦泉水瓶受到的合力。學(xué)生思考后回答：礦泉水瓶受到重力和拉力。這兩個(gè)力大小相等，方向相反，作用在一條直線上。初中把這種現(xiàn)象叫二力平衡。合力為0。教師演示實(shí)驗(yàn)：用兩條互成角度的細(xì)線把礦泉水瓶提起并靜止。提問：此時(shí)，礦泉水瓶受到幾個(gè)力的作用？它們是什么關(guān)系？你怎么證明這個(gè)關(guān)系？根據(jù)老師提供的實(shí)驗(yàn)器材（帶有3個(gè)孔的透明塑料環(huán)狀圓片1個(gè)、棉線3條、彈簧測(cè)力計(jì)3個(gè)、白紙和木板），請(qǐng)?jiān)O(shè)計(jì)一個(gè)驗(yàn)證實(shí)驗(yàn)。學(xué)生思考、討論并回答：礦泉水瓶受到三個(gè)力的作用。兩個(gè)拉力的合力應(yīng)該和礦泉水瓶的重力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。這三個(gè)力的合力應(yīng)該為0。設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)：用彈簧測(cè)力計(jì)將塑料片保持在平衡狀態(tài)即靜止?fàn)顟B(tài)；然后，記錄這三個(gè)力的大小和方向；再利用平行四邊形定則求其中兩個(gè)力的合力，再和第三個(gè)力進(jìn)行比較。肯定學(xué)生的猜想，指導(dǎo)學(xué)生完善實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)和步驟。指導(dǎo)學(xué)生完成實(shí)驗(yàn)，并在學(xué)生實(shí)驗(yàn)過程中拍照并投影展示。偶有所得學(xué)生兩人一組進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，討論并得出結(jié)論。教師展示學(xué)生的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，引導(dǎo)學(xué)生對(duì)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行分析，并分析出現(xiàn)誤差的可能原因，進(jìn)行實(shí)驗(yàn)改進(jìn)。得出結(jié)論，三個(gè)力使塑料片處于靜止時(shí)，兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力大小相等，方向相反，在同一條直線上。提問：如果有四個(gè)力，它們使物體處于靜止?fàn)顟B(tài)，這四個(gè)力是什么關(guān)系呢？該如何設(shè)計(jì)實(shí)驗(yàn)證明你的猜想？學(xué)生思考并回答：可以分別把兩個(gè)力求合力，再比較這兩個(gè)合力的關(guān)系。應(yīng)該也是相等的?？隙▽W(xué)生的思考和實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方案，并提出能夠讓實(shí)驗(yàn)更加接近真實(shí)數(shù)據(jù)的改進(jìn)方案。演示實(shí)驗(yàn)：利用力傳感器來測(cè)量拉塑料片的四個(gè)力，并用磁鐵讓力傳感器固定在黑板平面上。讓學(xué)生幫助記錄數(shù)據(jù)，用手機(jī)拍照得到四個(gè)力的方向。處理數(shù)據(jù)：把數(shù)據(jù)和圖片導(dǎo)入幾何畫板，得出兩個(gè)合力，并對(duì)這兩個(gè)合力進(jìn)行比較。得出初步結(jié)論并進(jìn)行分析：兩個(gè)合力還是有些許差距。分析產(chǎn)生差距的原因。結(jié)論：經(jīng)過大量實(shí)驗(yàn)發(fā)現(xiàn)，在共點(diǎn)力作用下，物體處于靜止?fàn)顟B(tài)的條件是合力為0。提問：能不能說在共點(diǎn)力作用下物體處于平衡狀態(tài)的條件是合力為0呢？學(xué)生思考后回答：不能。平衡狀態(tài)還有勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。教師演示實(shí)驗(yàn)：勻速拉動(dòng)固定了力傳感器的黑板，讓學(xué)生觀察傳感器的數(shù)據(jù)變化。提問：勻速拉動(dòng)黑板后，傳感器的數(shù)據(jù)沒變，方向也沒變。這說明什么？學(xué)生思考后回答：物體在勻速運(yùn)動(dòng)的過程中，共點(diǎn)力的合力也為0。教師總結(jié)：物體在共點(diǎn)力作用下處于平衡的條件是所受到的合力為0，即-。設(shè)計(jì)意圖通過實(shí)驗(yàn)，讓學(xué)生回憶初中所學(xué)的二力平衡，從合力的角度認(rèn)識(shí)二力平衡，即合力為0時(shí)物體處于平衡狀態(tài)；然后，通過實(shí)驗(yàn)和問題拓展到物體受多個(gè)共點(diǎn)力作用的情況，再啟發(fā)學(xué)生通過力的合成可以把多個(gè)力合成兩個(gè)力，最終結(jié)合二力平衡得出結(jié)論；最后，再把這一結(jié)論通過實(shí)驗(yàn)拓展到勻速直線運(yùn)動(dòng)的情況，從而總結(jié)出：在共點(diǎn)力作用下物體平衡的條件是合力為0。環(huán)節(jié)三：共點(diǎn)力的平衡條件的應(yīng)用展示教材例題1并提問：閱讀題干，說一說，研究對(duì)象是誰？研究對(duì)象做什么運(yùn)動(dòng)？研究對(duì)象受哪些力？滿足什么規(guī)律？規(guī)律和所求之間有什么聯(lián)系？學(xué)生思考、討論、交流并回答：以小孩為研究對(duì)象，小孩從上到下做勻速直線運(yùn)動(dòng)，受到重力、支持力和摩擦力。支持力和摩擦力滿足÷。小孩處于平衡狀態(tài)，所受合力為0，可以根據(jù)平行四邊形定則找到這些力的關(guān)系。重力方向與支持力的延長(zhǎng)線方向之間的夾角和滑梯斜面與地面之間的夾角相等。這個(gè)角度可以利用滑梯的高度和水平跨度的三角函數(shù)表示出來，從而能夠計(jì)算出滑梯的高度。獨(dú)立完成求解過程。巡視、指導(dǎo)并提問：大家在求解過程中先利用平行四邊形定則求支持力和摩擦力的合力，再根據(jù)平衡條件，讓這個(gè)合力與重力相等，用重力和角度來表示支持力和摩擦力，從而求出結(jié)果。在這一過程中，大家在求哪兩個(gè)力的合力時(shí)遇到了困難？有沒有更容易的處理方法呢？請(qǐng)各位同學(xué)閱讀教材上題目的解法，總結(jié)經(jīng)驗(yàn)。學(xué)生閱讀教材，獲取正交分解的處理方法。師生總結(jié)利用正交分解法處理問題的步驟：xOy直角坐標(biāo)系。（2）將不在坐標(biāo)軸上的力分解到坐標(biāo)軸上。（3）分別求出x軸、y軸上各分力的矢量和。（4）求共點(diǎn)力的合力。正交分解法的本質(zhì)依然是求合力，但它會(huì)使求解的過程簡(jiǎn)單、易操作。展示教材例題2并提問：本題的研究對(duì)象是誰？請(qǐng)大家討論一下。學(xué)生討論、交流。教師總結(jié)：選擇O點(diǎn)作為研究對(duì)象是因?yàn)镺點(diǎn)其實(shí)是三個(gè)力的連接點(diǎn)，該點(diǎn)的平衡能反映出整個(gè)裝置的平衡。引導(dǎo)：請(qǐng)同學(xué)們分別用兩個(gè)力的合力和第三個(gè)力平衡的方法以及正交分解法求解這道題。完成后談?wù)勀銓?duì)這兩種方法的看法。學(xué)生獨(dú)立完成求解過程并互相談感受。教師引導(dǎo)：請(qǐng)同學(xué)們從知識(shí)、方法和思想等角度對(duì)今天所學(xué)的內(nèi)容進(jìn)行總結(jié)。作業(yè)：教材“練習(xí)與應(yīng)用”第3、4題。核心總結(jié)通過實(shí)際的例子來理解怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，即物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，使學(xué)生有更加直觀的認(rèn)識(shí)。通過對(duì)共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件的探究，理解共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為0。同時(shí)，經(jīng)過這樣的探究過程，讓學(xué)生