物理必修 第一册5 共点力的平衡教案设计

第三章　相互作用—力

第5节　共点力的平衡

本节课之前学生们已经学习了重力、弹力、摩擦力、力的合成和分解，已经具备了分析物体受力情况的基本要求，所以对于学习本节内容应该较为容易。但是同学们对于在初中学过的“二力平衡”如何过渡到多力平衡可能还存在一定难度。而且，由于我们对物体的受力分析并没有专门的课程讲解，学生们也可能存在对受力分析不明确的问题。

物理观念：物体的受力不能脱离物体而单独存在，体现了物质观。

科学思维：二力平衡下，物理所受合外力为零，通过演示实验验证三个共点力物体的平衡条件也是合外力为零

科学探究：对悬挂的物体进行受力分析说明共点力和重力拉力二力之间的关系

科学态度与责任：观察老师的演示实验，回答实验中的理论依据是什么？运用了我们知道的哪些物理问题？增强学生的观察归纳能力

1.教学重点：共点力作用下物体的平衡条件

2.教学难点：

（1）共点力平衡条件的探究过程

（2）对物体受力分析，列平衡等式

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【新课导入】

一、复习旧知，引出新课：

提问：什么是共点力？(如果几个力的作用点相同，或作用线交于一点，这几个力就叫做共点力)

为了明确表示物体所受的共点力，在作示意图时，可以把这些力的作用点画到它们作用线的公共交点上。

在不考虑物体转动的情况下，物体可以当作质点看待，所以力的作用点都可以画在受力物体的重心上。

二.寻找共点力的平衡条件

平衡状态

——物体处于静止或者匀速直线运动的状态叫做平衡状态。

平衡的种类

 A.静平衡：物体保持静止状态

 B.动平衡：物体保持匀速直线运动状态。

  如果物体缓慢移动则称为准静态。

平衡状态的运动学特征：

   V=0 或V不变，即：a=0

学生小组：讨论——交流——表述

注意点：

1、物体的瞬时速度为零时与静止是不等价的，这时物体不一定处于平衡状态。例如，将物体竖直上抛，物体上升到最高点时，其瞬时速度为0，但物体并不能保持静止状态，物体在重力作用下将向下运动。

2、物理中的缓慢移动可认为物体的移动速度很小，即要多小有多小，故可认为其移动速度趋于零，因此，习题中出现“缓慢移动”都可理解为物体处于动态平衡状态．

1、理论推理

学生回忆：牛顿第一定律内容

教师引导：如果物体保持静止或者做匀速直线运动，则这个物体处于平衡状态．实际中物体不受任何外力是不可能的，物体所受的合外力等于零时与不受任何外力是等效的。

师生推理1：平衡状态的条件为物体所受的合力为零。即F合=0

师生推理2：从加速度的角度分析，平衡状态的条件。（只能从运动学角度分析，不能从牛顿第二定律角度分析。）

小结：平衡状态的条件为物体的加速度为零。[来源:学科网ZXXK]

说明：平衡状态分两种情况：一种是静态平衡状态，此时，物体运动的速度v=0,物体的加速度 a=0；另一种是动态平衡，此时，物体运动的速度v≠0,物体的加速度 a=0．

、

在共点力作用下，物体的平衡条件：F合=0

例1.  两等长的轻绳下悬挂一重为G的物块，绳与水平天花板之间的夹角均为α。问：（1）两轻绳对物体的拉力各为多大？

（2）当α增大时轻绳的拉力如何变化？

例2：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6m。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？

例3.   城市中的路灯、无轨电车的供电线路等，经常用三角形的结构悬挂。图为这类结构的一种简化模型。图中硬杆OB可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，钢索和杆的重量都可忽略。如果悬挂物的重量是G，角AOB 等于θ ，钢索AO对O点的拉力和杆OB对O点的支持力各是多大？

教师引导学生总结解题的基本思路：

第一步确定研究对象。根据题意将处于平衡状态的物体或结点作为研究对象，通常用隔离体法将确定的研究对象从它所处的环境中隔离出来．

第二步进行受力分析。作出研究对象的受力图．这一步是解题成败之关键，务必细致周到，不多不漏．（判断分析的力是不是正确，可用假定拆除法和条件法来处理）

第三步应用平衡条件。根据物体平衡的充要条件列出平衡式子（或方程组），运算求解．对结论进行评估．必要时对结论进行讨论．[来源:Zxxk.Com]

突破　三个力的动态平衡问题分析

1.动态平衡问题

通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢的变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态,在问题的描述中常用“缓慢”等语言叙述。

2.分析动态平衡问题的两种方法

解析法对研究对象进行受力分析,先画出受力示意图,再根据物体的平衡条件列式求解,得到因变量与自变量的一般函数表达式,最后根据自变量的变化确定因变量的变化

图解法对研究对象在动态变化过程中的若干状态进行受力分析,在同一图中作出物体在若干状态下所受的力的平行四边形,由各边的长度变化及角度变化来确定力的大小及方向的变化。

此法常用于求解三力平衡且有一个力为恒力、另有一个力方向不变的问题

典例　如图所示,质量为m的物体在细绳悬吊下处于平衡状态,现用手持绳OB的B端,使OB缓慢向上转动,且始终保持结点O的位置不动,分析AO、BO 两绳中的拉力如何变化。

通过本节课的学习，一方面增强了学生们对物体受力分析的熟知度，另一方面对物体平衡也建立了初步的理解。从作业效果上看，同学们对理论的理解还是可以的，问题仍然出在对物体的受力分析和力的分解方面。以后要对这两方面进行强化训练。