力的平衡教案.docx
《力的平衡教案.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《力的平衡教案.docx（15页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
力的平衡教案
力的平衡
[教学目标]
1.道平衡力的概念以及共点力的平衡条件，能运用共点力的平衡条件解释一些简单的生产生活中的问题。
2.尝试通过实验，探究共点力作用下物体的平衡条件；尝试运用共点力合成、分解的知识以及平衡条件解决一些与生产和生活相关的实际问题。
3.通过学习，发展对科学的好奇心与求知欲，培养将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
[重点和难点]
通过理论和实验推导出三个力的平衡条件，知道多个力平衡的条件是本节课的重点；在解决实际力的平衡问题中，应用相似三角形、线段比例性质以及三角函数等数学知识是学生学习过程中的难点。
二、案例设计
（一）由生活现象导入新课
师：
在自然界物体存在的形式是多种多样的。
矗立的岩石和各类建筑，马路上逐渐加速的汽车，匀速上升的电梯上站立的人，绕太阳运转的地球等等。
我们描述某些物体状态时常用“平衡”这个词。
大家能否联想一下自己的日常生活中的例子，哪些物体是平衡的？
在物理学中“平衡”这个词究竟是指什么含义呢？
预测：
学生可能有以下两种倾向：
1——认为平衡就是静止，举的例子都是教室中静止的吊扇、电灯或老师所提到的静止的岩石或建筑物等等。
2——有些初中教师曾在惯性的教学中补充过平衡的含义，学生还记得这一知识点；也有一些学生事先预习过课本，他们可能会说出正确的答案。
教师可让学生通过相互交流，达成正确的认识。
并总结：
保持原有运动状态不变叫做平衡，即速度恒定不变的就是平衡的物体。
这里包括速度恒为零的静止状态，是一种静态的平衡；也包括运动间的平衡，即速度不为零、但大小方向都不变的匀速直线运动状态。
例1：
停泊在水面上的船只、被两只狗来回争夺的骨头、在两人合力匀速向上拉起的牌匾、被拉着沿水平地面匀速前进的皮箱、沿滑梯加速滑下的女孩，这些物体中哪些是平衡的，它们分别受到哪些力的作用？
*说明：
这一例题可以让学生巩固加深“平衡”概念的认识，为下面研究共点力的平衡条件做好铺垫，同时也让学生感受到物理知识与生活的紧密联系。
（二）共点力平衡的条件
1、引言：
师：
有的物体在两个力作用下平衡，如停泊在水面上的船只，有的物体在三个力作用下平衡，如在两人合力匀速向上拉起的牌匾，而被拉着沿水平地面匀速前进的皮箱则是在四个力作用下平衡的。
但只要物体处在平衡状态，我们就说物体是所受的力是平衡的，那么力的平衡要满足什么条件呢？
预测：
学生比较可能回答：
我们初中学过二力平衡的条件，二力平衡的物体所受的两个力必定大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
程度较好的学生可能会答出：
按照惯性定律，物体不受任何外力时将保持运动状态不变，所以物体不受力时也能平衡。
师：
对！
那三力平衡或四力平衡要满足什么条件呢？
一般来说学生对这一问题会感到难以作答，教师可激发学生的求知欲，提出下一步学习目标。
2、共点力平衡的条件的实验探究：
（1）实验的设计：
师：
下面我们就从三力平衡入手，设计一个实验探索一下三力平衡的条件是什么？
给每桌学生提供了一些可能用到的实验器材。
大家根据这些器材分组讨论一下，怎样让一个物体三力平衡？
要测量哪些物理量？
要用哪些器材？
[实验器材]：
①木板一块②定滑轮若干③不同长度的细绳三段④钩码一组⑥白纸⑦铅笔⑧尺⑤量角器⑨图钉若干
预测：
这一实验有前一节力的合成的实验做基础，学生在设计实验上不会有太大困难。
教师充分调动学生参与讨论，让大家互相提出问题，修正各自的实验设计，集思广益，拓展思路。
各组可能在讨论后提出以下各种见解：
组1代表：
匀速运动的物体不好控制速度，也不好测量。
所以我们想用两个弹簧秤拉着钩码，使钩码保持静止，则钩码就是在两个拉力和重力作用下的三力平衡（如图4所示）。
我们要用的器材有：
两个弹簧秤、钩码、两根细绳、还要有木板、白纸和图钉、铅笔、尺子和量角器。
做法是：
在竖直木板上钉两个图钉A和B，用不同长度的绳OA和OB系着两个弹簧秤，每个弹簧秤的另一端连接重力为G的钩码，在钩码平衡时，两拉力的大小就可以直接在弹簧秤上显示出来了。
测出两绳拉力的大小，并记录拉力方向，并用弹簧秤测出钩码的重力。
作好钩码的受力图示，才能表现出三个力之间的关系。
师：
不错，其他同学有什么意见和建议？
生2：
最好能在保持钩码平衡的情况下改变两绳的长度，重复测量并作图。
从中寻找规律。
这样规律才有普遍性。
生3：
弹簧秤这样斜着拉，测量可能不会准确？
生4：
应该有影响，因为这样拉，弹簧秤的拉力就会偏离弹簧秤的轴线方向，且弹簧秤还有自重，这样会造成很大的误差。
师：
这个误差是比较大的。
大家有没有改进的方法?
组2代表：
我们组不用钩码，把木板放在水平面上，采用三个弹簧秤。
（如图5），就不会有这个问题了。
生3：
没有钩码，那受力物体是什么？
组2代表：
我们可以在三个弹簧秤中间放一个钩码，这个钩码在三个拉力的作用下静止。
生3：
但这样钩码在水平面上静止时，可能还会受到静摩擦力的作用。
那就不是三力平衡，而是四力平衡了。
师：
不用钩码也是可以的。
我们可以把三段细绳的连接点看成质量极小的物体，这称为结点受力。
还有其他的方案吗？
组3代表：
我们组利用了定滑轮。
定滑轮可以改变力的作用方向而不改变力的大小。
那我们把每条线的拉力通过定滑轮改成竖直方向，就不用担心弹簧秤的拉力与轴线不一致的问题了。
而且还可以不用弹簧秤，只要象图6那样，让三串钩码都通过三根细绳对结点产生拉力，静止时即为三力平衡。
则钩码的重力大小与相应细绳对接点的拉力大小相等，由此可记录三力的大小；标记每条细线拉力方向的方法是使视线通过细线垂直于纸面，在细线下面的纸上用铅笔点出两个定点的位置，并使这两个点的距离要尽量远些，连接两定点，即可得到拉力方向。
依据力的大小和方向做出三个力的图示，即可比较三个力的关系。
用钩码施加拉力就可以了。
组3用三个弹簧秤，同时读数很困难，图示也难画。
而我们的实验方案中测拉力的大小时只要数砝码的个数就性了，图也好作。
生4：
可这样做不用考虑定滑轮与绳子之间的摩擦力吗？
一样也会有误差的。
组3代表：
每个实验都会有误差的，只要我们这种方法误差小就行了。
其他组：
你们误差一定最小吗？
也许我们的方法误差更小呢！
师：
大家都说的非常好。
这里其实已经有了三种实验设计。
至于哪一种误差更小，做法更好，我们就实际做了再说。
大家分组各自选定一种方法进行实验，过一会我们再来交流各组的实验结论。
*说明：
由于这一实验与力的合成探究实验大体相同，所以在实验操作上不要花太多时间，而把精力放在让学生自觉运用已学知识设计探究实验上。
（2）实验探究——三力平衡的条件
学生分组动手实验（观察学生实验情况）
提醒学生在实验时应注意吸取上一节实验的经验教训，取适当大小和夹角的力，尽量减小实验的误差。
（3）
交流实验结果：
让每一组用实物投影展示本组同学所做的力的图示，并汇报本组在实验中的结论和感想。
预测各组基本都能得出三个力要满足的条件是：
以OA（即F1）和OB（即F2）为邻边作平行四边形OADB，根据平行四边形定则，其对角线OD就表示F1与F2合力F（如图7）。
用刻度尺量出OD的长并与OC相比较。
则在误差允许的范围内，F1、F2的合力与F3大小相等，方向相同；如果将F1、F2的合力再与F3合成，则三个力的合力为零。
但采用滑轮的方案3完成的最快，采用两个弹簧秤的方案1误差偏大，用三个弹簧秤的方案2则完成的最慢。
方案3的确是较好的设计。
师：
在听完各组的汇报之后，大家有什么新的认识？
预测学生可能会提出以下一些观点：
1、若各组改变自己力的合成顺序，比如先将F2F3合成，它们的合力也与与F1平衡。
2、虽然各组的图差别很大，但任何一组三力的合力都是零。
综合起来，即任意两个力的合力与第三个力都平衡，三个力的合力为零，这便是三力平衡的条件。
（4）利用已学知识演绎论证实验结果：
师：
大家能否应用牛顿第一定律和二力平衡条件，思考为什么三力平衡时，三个力的合力为零？
预测学生可能有以下两种观点：
1：
根据牛顿第一定律，物体处于平衡状态时，所受的合力为零，若合力不为零，物体的运动状态就会改变。
2：
若是三力平衡，根据力的合成，可以先将其中的两个力合成一个力，就能将三力平衡变成二力平衡。
根据二力平衡条件，其中任意两个力的合力与第三个力一定平衡，所以三力平衡的条件是，三个力的合力为零。
（4）巩固应用
例2：
在刚才的实验方案1中，若钩码重力为10N，OA绳和OB绳与水平方向的夹角分别为30°和60°，则OA、OB、OC绳的拉力分别是多少？
（解析从略）
*说明：
利用该例题巩固所学知识，并初步了解确定研究对象、分析物体受力情况、应用物理规律布列方程的解题思路。
（5）推广
师：
大家能否根据刚才所探究的结果讨论一下，四个力或更多力作用下的物体平衡条件是什么？
通过讨论与交流，学生认识到：
N个共点力平衡时，合力为零，其中任意第M个力与其余（N-1）个力的合力一定大小相等、方向相反。
师：
虽然我们做的是三个共点力作用下物体平衡条件的实验，但将这个结论推广到多个共点力作用下物体平衡的情况，也可以用实验来证明。
例3：
如前图6中所示的被拉着沿水平地面匀速前进的皮箱，所受的摩擦力与拉力的合力应该沿什么方向？
（解析从略）
*说明：
该例题与推论内容相似而并不完全相同。
让学生能够较好地掌握知识并灵活地应用所学知识解决实际问题。
还可以引导学生思考为什么拉着匀速前进的重皮箱却感到不怎么费劲。
三、评析
本节教学通过实验探究和理论推导得出三个力的平衡条件，并推广到多个力平衡的条件。
让学生经历探究三力平衡条件的过程，在设计实验的过程中，不断创设问题情景，学生通过交流讨论发现自己实验方案中的问题，不断修改完善自己的方案，以达到培养学生设计实验的能力的目的。
对实验结果的交流和讨论，教师注重引导学生不断的反思自己得到的结论，促进学生发展自己的观点形成科学的结论。
在力的平衡条件的理论推导部分，注意培养学生应用已学知识分析解决新问题的能力。
该教学设计注重学生知识的形成过程和对知识的深刻理解，注重培养学生学习的主动性和创造性。
在探究技能方面，希望循序渐进地发展学生的猜想、实验设计、解释等技能，较重视学生科学的思维方法的养成，这对促进学生自主学习能力的发展都有着积极的意义。
四、相关教学资源链接
研究性学习课题：
这是一幅斜拉桥的图片，斜拉索桥是我国目前中长跨度桥梁的最流行形式，我国目前已建成和正在建设的大型斜拉桥有30余座。
它一般适用于300~1000m左右的桥梁长度。
这么长的斜拉桥受到的重力是很可观的，再加上桥上承载物的压力，为什么桥仍然没有坠入江中呢？
这是因为桥塔上的钢索对桥有拉力（如图12所示）。
请有兴趣的同学在课后搜集一些有关斜拉索桥的资料和数据，讨论斜拉索桥的受力。
第二章D共点力的平衡
上海市奉贤区教师进修学院汪根龙
一、教学任务分析
共点力的平衡是在学习了“力的合成”和“力的分解”基础上，对初中阶段已经初步学习过的物体平衡的知识的进一步学习，有关物体平衡的知识是今后学习牛顿定律等内容的基础，因此不仅在本章中具有重要的地位，而且在整个高中阶段都是非常重要。
学习共点力的平衡需要以“力的合成”和“力的分解”的知识，以及对物体受力情况的分析和匀速直线运动的知识为基础。
通过录像、图片等现实生活中的事例，引出在共点力作用下物体平衡的概念。
联系“力的合成”和“力的分解”的知识以及对物体受力情况的分析，通过DIS实验或弹簧秤实验的探究，归纳、总结出共点力的平衡条件：
F合=0。
通过课内学习训练交流，巩固对物体在共点力作用下平衡条件的理解。
本设计强调对共点力作用下物体平衡条件的理解，让学生在学习的过程中经历科学探究的过程，体验科学方法的应用，并了解我国古代科学家张衡的相关科学成就，激发爱国主义情怀和对科学的追求。
二、教学目标
1、知识与技能
（1）知道在共点力作用下物体平衡的概念。
（2）理解物体在共点力作用下的平衡条件。
（3）知道我国古代科学家张衡的相关科学成就。
（4）学会应用实验方法研究物体在共点力作用下的平衡条件。
2、过程与方法
（1）通过对共点的三力平衡问题的探究过程中，感受等效、图示、归纳推理等科学方法。
（2）通过共点力平衡条件的探索过程，感受猜想、设计方案、实验探究、得出结论的科学探究过程。
3、情感、态度与价值观
（1）通过共同实验探究的过程，体验合作的愉悦，懂得合作重要，并乐于合作。
（2）通过DIS实验数据处理，领略信息技术的简捷、快速、直观。
（3）通过我国古代科学家张衡的相关科学成就的介绍，激发爱国主义情怀和对科学的追求。
三、教学重点和难点
重点：
物体在共点力作用下的平衡概念和平衡的条件。
难点：
导出共点力的平衡条件的过程。
四、教学资源
1、器材：
DIS实验设备或弹簧秤；学生实验器材。
2、课件：
张衡及相关资料（课件）等。
3、录像、图片：
我国举重运动员奥运会比赛夺冠录像，东方明珠、赵州桥等图片。
五、教学设计思路
本设计的内容包括两个部分：
一是物体平衡的概念；二是物体在共点力作用下的平衡条件。
本设计的基本思路是：
以录像、图片和实验为基础，通过观察、分析、归纳得到物体在共点力作用下的平衡概念，进而根据DIS实验等探究，分析、归纳得出物体在共点力作用下的平衡条件，即F合=0。
最后通过我国古代科学家张衡的相关科学成就的介绍，激发爱国主义情怀和对科学的追求，巩固所学的知识，感悟物理学在社会发展中的重要作用。
本设计要突出的重点是：
物体在共点力作用下的平衡概念和平衡的条件。
方法是：
从观看2004雅典奥运会我国举重运动员夺冠的内容录像，以及东方明珠、赵州桥及静止的花盆等图片，结合学生的亲身感受，通过观察、分析、归纳得到物体在共点力作用下的平衡概念。
然后，通过分组DIS实验（或弹簧秤实验）探究活动，运用等效、图示、推理等科学方法得出物体在共点力作用下的平衡条件。
本设计要突破的难点是：
导出共点力的平衡条件的过程。
方法是：
从二力平衡的条件F合=0出发，以“力的合成”（或“力的分解”）为基础，通过实验（DIS实验或弹簧秤实验）探究活动，运用等效替代的方法，得出不在一直线上、共点的三个力的平衡条件同样是F合=0，进而推广到一般情况，即共点力的平衡条件为，F合=0，体现从特殊到一般的归纳推理过程。
本设计强调学生的主动参与，重视概念的形成过程以及伴随这一过程的科学方法的教育，重视学生合作意识和合作能力的培养。
完成本设计的内容约需2课时。
六、教学流程
1、教学流程图
2、流程图说明
情景录像、图片，设问
录像：
2004雅典奥运会我国举重运动员夺冠的内容，有助于激发学生的学习兴趣和爱国热情，
图片：
选用东方明珠、赵州桥及静止的花盆等。
既有利于培养学生发现问题、提出问题的能力和观察能力，也有利于学生了解我国社会主义建设的新成就和我国古代的历史成就等。
理解平衡的概念，是研究有关共点力作用下物体平衡问题的基础。
可结合实例设计设问，帮助学生建立平衡的概念。
活动IDIS实验
共点力作用下物体平衡的条件是本节课学习的重要物理规律，应用DIS实验物有利于学生的自主探究体。
活动II课件交流
课件交流介绍张衡及其成就，应在课前一周左右让学生提前准备。
活动III学习交流
学习训练要有分层的要求，并在课内留有一定的时间让学生讨论、交流。
3、教学主要环节
本设计可分为四个教学环节：
第一环节，通过创设情景，使学生产生强烈的探究欲望，通过相关的设问建立平衡的概念。
第二环节，通过DIS实验探究，归纳推理、总结出物体平衡的条件。
第三环节，通过学生课件交流活动介绍张衡及其成就，使课堂教学向课外延伸。
第四环节，通过应用平衡的条件解决一些简单的实际问题，反馈学生学习情况。
七、教案示例（教学实录）
执教：
奉贤区肖塘中学钱忠贤庞艳茹
教学过程
教学过程
点评
一、录像导入，激发兴趣并留下悬念：
录像引入：
2004雅典奥运会我国举重运动员夺冠录像播放。
教师：
张国政在69公斤级比赛中以抓举160公斤和挺举187.5公斤总成绩347.5公斤而夺冠，裁判员判定举重运动员成绩有效的依据是什么？
学生活动：
举重运动员能将举起的杠铃保持静止几秒钟。
教师：
有道理，这与本节课学习的受力平衡问题有关。
二、通过图片引入共点力作用下物体的平衡
教师：
生活中的物体有的处于平衡状态，有的处于非平衡状态，其中的平衡比较常见，而且很有实际意义。
下面给大家看一些熟悉的图片：
学生活动：
教师：
这些物体均处于平衡状态，那么，什么叫平衡状态？
板书：
一、平衡状态
定义：
物体处于静止或做匀速直线运动的状态，叫做平衡状态。
三、DIS实验：
探究共点力作用下物体的平衡条件
教师：
首先来回顾一下初中已经学过的二力平衡的知识。
1、例：
用一根很轻的不可伸长的细线将小钢球悬挂于铁架台上，并保持静止。
教师：
小球处于什么状态？
学生活动：
平衡状态。
教师：
请一位同学来画小球的受力示意图。
学生活动：
（画小球受力示意图）小球受到
重力G和拉力T的作用。
教师：
这两个力的大小、方向有什么关系？
学生活动：
大小相等，方向相反，且在作用在同一直线上。
教师：
这两个力的合力是多少？
学生活动：
合力为零。
板书：
二、共点力的平衡条件
1、二力平衡F合=0
教师：
如果用一个水平拉力使小球偏离原来位置一个角度，并再次达到静止状态，小球共受哪些力的作用？
学生活动：
重力G，水平拉力F，沿细线方向的拉力T。
教师：
小球现在还处于平衡状态吗？
学生活动：
是的。
教师：
这三个力的方向不在同一直线上，它们的合力多大？
学生猜测：
合力为零。
提示：
只要能将这几个力的大小测出，我们可以将其中两个力等效成一个力，变成二力平衡——-物理学研究方法之一：
等效替代法。
下面我们就用实验的方法验证一下你们的猜测。
2、DIS实验探究三个力平衡的条件
教师：
如何测量几个力的大小呢？
学生活动：
可以用弹簧测力计测量，以可以用力传感器来测量。
教师：
介绍实验仪器——力传感器（两个）、数据采集器、计算机。
我们用力传感器测出两个拉力的大小，弹簧秤测出重力，然后再怎么办呢？
学生活动：
可以在纸上画出力的图示，然后分析有什么关系。
教师：
非常好，那么我们请两位同学配合来做这个实验。
学生活动：
两位同学上台配合完成实验，并得出F—t图，测量出小球重力。
教师负责指导、协调学生代表完成实验，引导下面学生观察和思考实验步骤、数据处理等环节。
教师：
数据已经测得了，我们知道力是矢量，要知道三个力的关系，还要知道方向，那么我们在画图时怎么确定这几个力的方向呢？
学生活动：
用量角器测量角度。
教师：
（质疑）悬挂着怎么测量？
我们可以用一张白纸轻轻放在悬挂的装置后面，然后用铅笔把力的方向画在纸上，然后再在纸上做三个力的图示，找出结论。
学生活动：
在纸上画力的图示，4人一组地探究三个力之间的关系。
教师：
我们来看看几个小组的讨论结果。
学生活动：
2个小组来展示他们画图后得出的结论，三个力合力为零。
板书：
2、三力平衡
1、任意两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
2、这三个力的合力为零。
教师：
想一想，如果物体受到的是4个力或5个力的作用，物体的平衡条件是否还是合力为零？
学生活动：
（议论）应用类似研究三个力平衡问题的等效替代的方法，可得到多个共点力的平衡条件仍是合力为零。
总结：
共点力平衡的条件：
作用在物体上各力的合力为零，即：
F合=0
四、学生课件交流（了解张衡及其成就）
教师：
我们知道，早在1800多年前，我国古代科学家张衡就巧妙地利用平衡原理制成了测定地震的侯风地动仪。
课前老师请同学们回去查找关于张衡的资料，并制作powerpoint。
教师：
下面请几位同学上来展示一下他们查找的结果，供大家共同学习。
学生：
课件展示交流。
学生：
谈观看感受。
五、训练与思考略
通过录像引入，充分调动起学生的学习兴趣，激起对知识的渴求的同时激发学生爱国热情。
生活中的处于平衡状态的熟悉的事例，使学生对平衡有了感性的认识。
回顾旧知识，有助于学生形成知识体系，对初中知识进行拓展加深。
提出新问题，将学生置于困难之中，增强渴求知识的意识。
引导学生大胆猜想并通过实验验证猜想是否正确。
通过实验培养学生乐于合作，敢于动手实践的品质。
适时性、激励性评价，及时对学生的表现给予赞赏。
培养学生尊重事实的科学探究精神。
板书规范具体，加强学生对概念的理解，示范作用，可引导学生养成良好的学习习惯。
巩固所学知识，学以致用。
升级会员 