《第五节共点力的平衡条件》教学设计(广东省省级优课)-物理教案

3.5共点力的平衡条件一、教学目标1、知识目标（1）理解共点力作用下物体平衡的概念；（2）知道共点力作用下物体的平衡条件；（3）可以根据共点力作用下物体的平衡条件解决具体的问题。2、过程与方法（1）设计实验探究并验证共点力下物体的平衡条件；（2）通过处理共点力平衡问题的分析过程，感受等效、归纳推理等科学方法；（3）

能运用数学中建立直角坐标系和三角函数关系等方法解决共点力平衡问题。二、重、难点分析重点：实验探究共点力作用物体的平衡条件。难点：用共点力的合成和分解定量计算共点力平衡的实际问题。三、教学策略设计：在学生已有的认识基础上，通过学生观察演示实验、分析，学生自己探究出共点力平衡条件的物理规律。让学生根据所学的物理知识去解决身边的一些实际问题。四、教学用具：多媒体辅助教学、力的合成分解演示器、弹簧测力计、细绳、刻度尺五、教学过程设计：预习概念性的内容：1、共点力：作用于物体的同一点上，或者力的作用线相交于一点的几个力。2、平衡状态：物体处于静止或者保持匀速直线运动的状态。3、共点力的平衡：物体如果受到共点力的作用且处于平衡状态。4、为了使物体保持平衡状态，作用在物体上的力所必须满足的条件。新课讲解：知识点1对平衡状态和平衡条件的理解1．物体处于静止或匀速直线运动的状态，称为物体的平衡状态。“保持”某状态与“瞬时”某状态有区别：如竖直上抛的物体运动到最高点时，这一瞬时的速度为零，但这一状态不可能保持，因而这一状态不属于平衡状态。物理学中有时出现“缓慢移动”也说明物体处于平衡状态。【例题】（双选）物体在共点力作用下，下列说法正确的是（）A．做自由落体运动的物体，在刚开始下落的一瞬间处于静止状态B．在细线的拉力作用下在光滑水平面做匀速圆周运动的小球处于平衡状态C．物体处于平衡状态时，所受合力一定为零D．在固定斜面上匀速下滑的木块处于平衡状态解析：共点力作用下的平衡条件是：物体所受合力为零.平衡状态指的是物体静止或做匀速直线运动，其特点是加速度为零.自由落体的物体下落的瞬间速度为零，但受到重力作用，加速度不为零，不是静止状态.做匀速圆周运动的小球在运动的过程中，速度的方向在改变，加速度也不为零，也不是平衡状态，这里的匀“速”圆周运动实际上是匀速率圆周运动.C选项讲的是物体的平衡条件，是正确的，D选项中的木块做匀速直线运动，是处于平衡状态.所以本题应选CD。点评：共点力作用下的平衡条件是：物体所受合力为零。平衡状态指的是物体静止或做匀速直线运动，其特点是加速度为零。静止不仅仅要求物体速度为零，加速度也必须为零。速度为零时不一定是静止。匀速直线运动要求速度的大小和方向都不发生变化，速度的大小不变而方向改变不是匀速运动。触类旁通1.（单选）下列对共点力作用下的平衡理解正确的是()A．物体的速度在某时刻为零，物体就一定处于平衡状态B．物体相对另一个物体保持静止，物体就一定处于平衡状态C．物体做匀加速直线运动时，物体处于平衡状态D．处于平衡状态的物体不一定静止解析：平衡状态指的是物体静止或做匀速直线运动，其特点是加速度为零.静止不仅仅要求物体速度为零，加速度也必须为零。而速度为零时，加速度不一定为零，所以A选项错。物体相对另一个物体静止，“另一个物体”不一定是静止或匀速，所以B选项也错。匀加速的物体加速度不为零，不是平衡状态，所以C选项错。D选项正确，处于平衡状态的物体的运动状态除了静止还可以是匀速直线运动。所以本题应选D.答案：D知识点2共点力的平衡条件图3-5-51、图3-5-52、实验探究物体在三个力作用下的平衡条件。如图所示，将三个弹簧测力计放在一个平面内，用细线将三个弹簧测力计的挂钩连在同一物体上。先将其中的两个成某一角度固定起来，然后用手拉第三个弹簧测力计。平衡时记下三个弹簧测力计的示数，并按各力的大小、方向做出力的图示，根据力的平行四边形定则，发现任意两个力的合力与第三个力大小相等、方向相反、且在同一条直线上，即这三个共点力的合力为零。重点归纳对平衡条件的应用的理解四个推论：（1）若物体在三个共点力的作用下处于平衡状态，则这三个力的合力为零，称为三个共点力的平衡，其中任意两个力的合力必定与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。（2）物体在n个共点力的作用下处于平衡状态时，合力为零，称为n个共点力的平衡，其中任意（n-1）个力的合力必定与第n个力等值反向，作用在同一直线上。（3）在共点力作用下物体处于平衡状态，则物体所受合力为零，因此物体在任一方向上的合力都为零。（4）如果物体只在某一方向上处于平衡状态，则该方向上合力为零，因此可以在该方向上应用平衡条件列式求解。【例题】投影演示如图所示，将质量为m的物体置于斜面上，当斜面的倾角为θ时，它静止在斜面上。求物体所受支持力和摩擦力的大小。分析及解答：物体静止在斜面上，支持力和摩擦力的合力与重力等大反向，根据三角函数知识可得：N=Gsinθf=Gcosθ【例题】投影演示如图所示，将质量为m的物体置于斜面上，当斜面的倾角为θ，它能沿斜面匀速下滑，求物体和斜面之间的动摩擦因数。分析及解答：本题对物体的受力分析与上一题完全相同，在支持力、摩擦力和重力的作用下处于平衡状态。N=Gsinθf=Gcosθ又根据f=μN可解得：μ=tanθ【例题】投影演示如图所示，如果小球重3N，光滑斜面的倾角为30o，求斜面及竖直放置的挡板对小球的作用力。分析及解答：首先对小球进行受力分析，小球在重力G和挡板、斜面的支持力F1、F2的作用下处于平衡状态，即F1和F2的合力与重力等大反向。根据三角函数知识可得：F1＝eq\f(mg,cosα)F2＝mgtanα代入数据解得：F1=3.5NF2=1.7N即斜面对小球的作用力为3.5N，挡板对小球的作用力为1.7N。触类旁通若挡板缓缓向水平方向转动，那么斜面和挡板对小球的作用力如何变化？点评：求解共点力作用下平衡问题的题步骤：（1）确定研究对象（2）对研究对象进行受力分析，并画受力图；（3）据物体的受力和已知条件，采用力的合成、分解、图解、正交分解法，确定解题方法；（4）解方程，进行讨论和计算。【例题】讲解重60N的物体放在水平地面上，现用35N的竖直向上的力提物体，则物体所受的合力是多少？分析与解答：因为竖直向上的力小于物体的重力，物体仍处于平衡状态，故物体所的合力为0。【例题】讲解如图所示，有一劲度系数为300N/m的轻质弹簧，一端固定在竖直墙上，另一端