高一物理力的平衡教案

1、案例5 力 的 平 衡一、教學內(nèi)容分析內(nèi)容與地位1 普通高中物理課程標準共同必修模塊“物理1”中的第二個二級主題“相互作用與運動規(guī)律”中與本節(jié)內(nèi)容有關的條目是：“通過實驗，理解力的合成與分解，知道共點力的平衡條件，區(qū)分矢量與標量，用力的合成與分解分析日常生活中的問題?！北竟?jié)要求學生知道什么是力的平衡；通過實驗，知道共點力平衡的條件；會應用力的平衡條件分析解決日常生產(chǎn)、生活中的一些問題,培養(yǎng)學生主動將物理知識應用于生活、生產(chǎn)實踐的意識。2 應用共點力的平衡條件解決實際問題涉及到力的合成與分解的知識，所以這一節(jié)的學習是力的合成與分解的知識的鞏固和應用；同時，力的平衡問題的分析涉及到：確定研究對象、

2、分析物體受力情況、應用物理規(guī)律布列方程等的解題思路，這在今后學習過程中會經(jīng)常用到，因此本節(jié)教學要體現(xiàn)知識與技能、過程與方法、情感態(tài)度價值觀方面的教育功能。教學目標3 道平衡力的概念以及共點力的平衡條件，能運用共點力的平衡條件解釋一些簡單的生產(chǎn)生活中的問題。1. 嘗試通過實驗，探究共點力作用下物體的平衡條件；嘗試運用共點力合成、分解的知識以及平衡條件解決一些與生產(chǎn)和生活相關的實際問題。2. 通過學習，發(fā)展對科學的好奇心與求知欲，培養(yǎng)將物理知識應用于生活和生產(chǎn)實踐的意識。重點和難點通過理論和實驗推導出三個力的平衡條件，知道多個力平衡的條件是本節(jié)課的重點；在解決實際力的平衡問題中，應用相似三角形、線

3、段比例性質(zhì)以及三角函數(shù)等數(shù)學知識是學生學習過程中的難點。二、案例設計（一） 由生活現(xiàn)象導入新課圖1：蘑菇石圖2：商場電梯上的人圖3：懸空寺師：在自然界物體存在的形式是多種多樣的。矗立的巖石和各類建筑，馬路上逐漸加速的汽車，勻速上升的電梯上站立的人，繞太陽運轉(zhuǎn)的地球等等。我們描述某些物體狀態(tài)時常用“平衡”這個詞。大家能否聯(lián)想一下自己的日常生活中的例子，哪些物體是平衡的？在物理學中“平衡”這個詞究竟是什么含義呢？ 預測：學生可能有以下兩種傾向：1認為平衡就是靜止，舉的例子都是教室中靜止的吊扇、電燈或老師所提到的靜止的巖石或建筑物等等。2有些初中教師曾在慣性的教學中補充過平衡的含義，學生還記得這一知

4、識點；也有一些學生事先預習過課本，他們可能會說出正確的答案。圖4：兩只狗來回爭奪骨頭圖5：兩人勻速向上拉起牌匾圖6：沿水平地面勻速拉皮箱教師可讓學生通過相互交流，達成正確的認識。并總結：保持原有運動狀態(tài)不變叫做平衡，即速度恒定不變的就是平衡的物體。這里包括速度恒為零的靜止狀態(tài)，是一種靜態(tài)的平衡；也包括運動間的平衡，即速度不為零、但大小方向都不變的勻速直線運動狀態(tài)。例1：停泊在水面上的船只、被兩只狗來回爭奪的骨頭、在兩人合力勻速向上拉起的牌匾、被拉著沿水平地面勻速前進的皮箱、沿滑梯加速滑下的女孩，這些物體中哪些是平衡的，它們分別受到哪些力的作用？*說明：這一例題可以讓學生鞏固加深“平衡”概念的認

5、識，為下面研究共點力的平衡條件做好鋪墊，同時也讓學生感受到物理知識與生活的緊密聯(lián)系。（二） 共點力平衡的條件1、 引言：師：有的物體在兩個力作用下平衡，如停泊在水面上的船只，有的物體在三個力作用下平衡，如在兩人合力勻速向上拉起的牌匾，而被拉著沿水平地面勻速前進的皮箱則是在四個力作用下平衡的。但只要物體處在平衡狀態(tài)，我們就說物體是所受的力是平衡的，那么力的平衡要滿足什么條件呢？預測：學生比較可能回答：我們初中學過二力平衡的條件，二力平衡的物體所受的兩個力必定大小相等、方向相反、作用在同一直線上。程度較好的學生可能會答出：按照慣性定律，物體不受任何外力時將保持運動狀態(tài)不變，所以物體不受力時也能平衡

6、。師：對！那三力平衡或四力平衡要滿足什么條件呢？一般來說學生對這一問題會感到難以作答，教師可激發(fā)學生的求知欲，提出下一步學習目標。2、 共點力平衡的條件的實驗探究：（1）實驗的設計：師：下面我們就從三力平衡入手，設計一個實驗探索一下三力平衡的條件是什么？給每桌學生提供了一些可能用到的實驗器材。大家根據(jù)這些器材分組討論一下，怎樣讓一個物體三力平衡？要測量哪些物理量？要用哪些器材？ 實驗器材：木板一塊 定滑輪若干 不同長度的細繩三段 鉤碼一組 白紙 鉛筆 尺 量角器 圖釘若干預測：這一實驗有前一節(jié)力的合成的實驗做基礎，學生在設計實驗上不會有太大困難。教師充分調(diào)動學生參與討論，讓大家互相提出問題，修

7、正各自的實驗設計，集思廣益，拓展思路。各組可能在討論后提出以下各種見解：ABOC圖7組1代表：勻速運動的物體不好控制速度，也不好測量。所以我們想用兩個彈簧秤拉著鉤碼，使鉤碼保持靜止，則鉤碼就是在兩個拉力和重力作用下的三力平衡（如圖4所示）。我們要用的器材有：兩個彈簧秤、鉤碼、兩根細繩、還要有木板、白紙和圖釘、鉛筆、尺子和量角器。做法是：在豎直木板上釘兩個圖釘A和B，用不同長度的繩OA和OB系著兩個彈簧秤，每個彈簧秤的另一端連接重力為G的鉤碼，在鉤碼平衡時，兩拉力的大小就可以直接在彈簧秤上顯示出來了。測出兩繩拉力的大小，并記錄拉力方向，并用彈簧秤測出鉤碼的重力。作好鉤碼的受力圖示，才能表現(xiàn)出三個

8、力之間的關系。師：不錯，其他同學有什么意見和建議？生2：最好能在保持鉤碼平衡的情況下改變兩繩的長度，重復測量并作圖。從中尋找規(guī)律。這樣規(guī)律才有普遍性。 生3：彈簧秤這樣斜著拉，測量可能不會準確？生4：應該有影響，因為這樣拉，彈簧秤的拉力就會偏離彈簧秤的軸線方向，且彈簧秤還有自重，這樣會造成很大的誤差。ABOC圖8師：這個誤差是比較大的。大家有沒有改進的方法?組2代表：我們組不用鉤碼，把木板放在水平面上，采用三個彈簧秤。（如圖5），就不會有這個問題了。生3：沒有鉤碼，那受力物體是什么？組2代表：我們可以在三個彈簧秤中間放一個鉤碼，這個鉤碼在三個拉力的作用下靜止。圖9生3：但這樣鉤碼在水平面上靜止

9、時，可能還會受到靜摩擦力的作用。那就不是三力平衡，而是四力平衡了。師：不用鉤碼也是可以的。我們可以把三段細繩的連接點看成質(zhì)量極小的物體，這稱為結點受力。還有其他的方案嗎？組3代表：我們組利用了定滑輪。定滑輪可以改變力的作用方向而不改變力的大小。那我們把每條線的拉力通過定滑輪改成豎直方向，就不用擔心彈簧秤的拉力與軸線不一致的問題了。而且還可以不用彈簧秤，只要象圖6那樣，讓三串鉤碼都通過三根細繩對結點產(chǎn)生拉力，靜止時即為三力平衡。則鉤碼的重力大小與相應細繩對接點的拉力大小相等，由此可記錄三力的大??；標記每條細線拉力方向的方法是使視線通過細線垂直于紙面，在細線下面的紙上用鉛筆點出兩個定點的位置，并使

10、這兩個點的距離要盡量遠些，連接兩定點，即可得到拉力方向。依據(jù)力的大小和方向做出三個力的圖示，即可比較三個力的關系。用鉤碼施加拉力就可以了。組3用三個彈簧秤，同時讀數(shù)很困難，圖示也難畫。而我們的實驗方案中測拉力的大小時只要數(shù)砝碼的個數(shù)就性了，圖也好作。生4：可這樣做不用考慮定滑輪與繩子之間的摩擦力嗎？一樣也會有誤差的。組3代表：每個實驗都會有誤差的，只要我們這種方法誤差小就行了。其他組：你們誤差一定最小嗎？也許我們的方法誤差更小呢！師：大家都說的非常好。這里其實已經(jīng)有了三種實驗設計。至于哪一種誤差更小，做法更好，我們就實際做了再說。大家分組各自選定一種方法進行實驗，過一會我們再來交流各組的實驗結

11、論。*說明：由于這一實驗與力的合成探究實驗大體相同，所以在實驗操作上不要花太多時間，而把精力放在讓學生自覺運用已學知識設計探究實驗上。（2） 實驗探究三力平衡的條件學生分組動手實驗(觀察學生實驗情況) 提醒學生在實驗時應注意吸取上一節(jié)實驗的經(jīng)驗教訓，取適當大小和夾角的力，盡量減小實驗的誤差。ABOC圖10DC（3） 交流實驗結果：讓每一組用實物投影展示本組同學所做的力的圖示，并匯報本組在實驗中的結論和感想。預測各組基本都能得出三個力要滿足的條件是：以OA（即F1）和OB（即F2）為鄰邊作平行四邊形OADB，根據(jù)平行四邊形定則，其對角線OD就表示F1與F2合力F（如圖7）。用刻度尺量出OD的長并

12、與OC相比較。則在誤差允許的范圍內(nèi)，F(xiàn)1、F2的合力與F3大小相等，方向相同；如果將F1、F2的合力再與F3合成，則三個力的合力為零。但采用滑輪的方案3完成的最快，采用兩個彈簧秤的方案1誤差偏大，用三個彈簧秤的方案2則完成的最慢。方案3的確是較好的設計。師：在聽完各組的匯報之后，大家有什么新的認識？預測學生可能會提出以下一些觀點：1、 若各組改變自己力的合成順序，比如先將F2 F3合成，它們的合力也與與F1平衡。2、 雖然各組的圖差別很大，但任何一組三力的合力都是零。綜合起來，即任意兩個力的合力與第三個力都平衡，三個力的合力為零，這便是三力平衡的條件。（4） 利用已學知識演繹論證實驗結果：師：

13、大家能否應用牛頓第一定律和二力平衡條件，思考為什么三力平衡時，三個力的合力為零？預測學生可能有以下兩種觀點：1：根據(jù)牛頓第一定律，物體處于平衡狀態(tài)時，所受的合力為零，若合力不為零，物體的運動狀態(tài)就會改變。2：若是三力平衡，根據(jù)力的合成，可以先將其中的兩個力合成一個力，就能將三力平衡變成二力平衡。根據(jù)二力平衡條件，其中任意兩個力的合力與第三個力一定平衡，所以三力平衡的條件是，三個力的合力為零。（4） 鞏固應用例2：在剛才的實驗方案1中，若鉤碼重力為10N，OA繩和OB繩與水平方向的夾角分別為30和60，則OA、OB、OC繩的拉力分別是多少？（解析從略）*說明：利用該例題鞏固所學知識，并初步了解確

14、定研究對象、分析物體受力情況、應用物理規(guī)律布列方程的解題思路。（5）推廣師：大家能否根據(jù)剛才所探究的結果討論一下，四個力或更多力作用下的物體平衡條件是什么？通過討論與交流，學生認識到： N個共點力平衡時，合力為零，其中任意第 M個力與其余 (N-1)個力的合力一定大小相等、方向相反。師：雖然我們做的是三個共點力作用下物體平衡條件的實驗，但將這個結論推廣到多個共點力作用下物體平衡的情況，也可以用實驗來證明。例3：如前圖6中所示的被拉著沿水平地面勻速前進的皮箱，所受的摩擦力與拉力的合力應該沿什么方向？（解析從略）*說明：該例題與推論內(nèi)容相似而并不完全相同。讓學生能夠較好地掌握知識并靈活地應用所學知

15、識解決實際問題。還可以引導學生思考為什么拉著勻速前進的重皮箱卻感到不怎么費勁。三、評析本節(jié)教學通過實驗探究和理論推導得出三個力的平衡條件，并推廣到多個力平衡的條件。讓學生經(jīng)歷探究三力平衡條件的過程，在設計實驗的過程中，不斷創(chuàng)設問題情景，學生通過交流討論發(fā)現(xiàn)自己實驗方案中的問題，不斷修改完善自己的方案，以達到培養(yǎng)學生設計實驗的能力的目的。對實驗結果的交流和討論，教師注重引導學生不斷的反思自己得到的結論，促進學生發(fā)展自己的觀點形成科學的結論。在力的平衡條件的理論推導部分，注意培養(yǎng)學生應用已學知識分析解決新問題的能力。該教學設計注重學生知識的形成過程和對知識的深刻理解，注重培養(yǎng)學生學習的主動性和創(chuàng)造性。在探究技能方面，希望循序漸進地發(fā)展學生的猜想、實驗設計、解釋等技能，較重視學生科學的思維方法的養(yǎng)成，這對促進學生自主學習能力的發(fā)展都有著積極的意義。四、相關教學資源鏈接圖11研究性學習課題：這是一幅斜拉橋的圖片，斜拉索橋是我國目前中長跨度橋梁的最流行形式，我國