“力的平衡”教学设计，本文主要内容关键词为：教学设计论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
一、教学目标
（一）知识与技能
1.例析共点力作用下的平衡状态。
2.通过理论分析和实验探究掌握共点力的平衡条件。
3.会用共点力的平衡条件解决有关平衡问题。
4.了解平衡的种类以及稳度问题。
（二）过程与方法
1.在实验探究的基础上推理多力作用下物体的平衡条件。
2.学会用物体的平衡条件解决简单的实际问题，理解基本的思维方式。
（三）情感态度与价值观
1.领略自然界的奇妙与和谐，发展对科学的好奇心与求知欲。
2.强化将物理知识应用于生活和生产实践的意识。
二、教学设计方案
（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）
教师：今天我们来一起学习共点力作用下的物体平衡及相关知识。
（二）共点力作用下物体的平衡
1.物体平衡状态的概念
(1)呈现平衡状态的一些图片（蘑菇石、山西悬空寺、芭蕾舞、自动扶梯等），让学生感受自然界、生活、艺术等不同领域存在的平衡之美；从物理学的角度初步感知平衡状态——静止或匀速直线运动状态。
(2)讨论交流
呈现实例，反馈学生对概念的理解。
问题：分析下面实例，物体在哪些阶段处于平衡状态？
实例1 飞机从起飞到以一定的速度平稳飞行，再到降落，最后停留在机场的停机坪上。
实例2 观光电梯从1楼静止开始运动到39楼停止。
学生小组：讨论——交流——表述。
(3)注意点
①物体的瞬时速度为零与静止是不等价的，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，其瞬时速度为零，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，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。
2.物体平衡状态的条件
(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
。
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。
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ν=0，物体的加速度α=0；另一种是动态平衡，此时，物体运动的速度ν≠0，物体的加速度α=0。
(2)实验探究
器材：钩码(50g)若干，细线，小钢丝环，弹簧测力计两个。（教师演示和学生实验视具体情况）探究过程：
①探究二力平衡，如图1所示（可以改变钩码个数）。
②探究三力平衡（研究对象为忽略重力的小钢丝环），如图2所示。
作图探究1：学生据实验数据，用平行四边形定则作图，探究小钢丝环的平衡条件。
作图探究2：学生据实验数据，用平行四边形定则作图，探究“物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，其中任意两个力的合力一定跟第三个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。”
教师：用Flash动画演示，给学生系统连贯的感性认识。
分析推广：n个力平衡，其中任意(n-1)个力的合力与第n个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。
拓展教学：（视学生情况取舍）物体在多个力作用下处于平衡状态时，如果使平移力的作用线首尾相接，必然会构成一个封闭的多边形。根据能否构成一个封闭的多边形，来探究物体平衡状态的条件。
教师：用Flash动画演示，给学生展示平移的过程，对“构成一个封闭的多边形”有更加直观的感受和深刻理解。
3.物体平衡状态条件的应用教学
例题：用绳子将鸟笼挂在一根横梁上，如图3所示，若鸟笼重19.6N，求绳子OA和OB的拉力各是多大。
图3
详细解答见教材。
教师：注意解题规范和分析过程。
引申教学：（据教学具体情况进行取舍）
①用分解法求解。②用正交分解法求解。
变式教学：（据教学具体情况进行取舍）
变式1：三段绳子的最大所能承受的力相同，当鸟笼重力越来越大时，哪段绳子先断？
变式2：将OB绳子移到水平位置，OA绳的方向不变，求这时绳OA和OB的拉力各是多大。
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，是解题成败之关键，务必细致周到，不多不漏。 （判断分析的力是否正确，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方程（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。
（三）平衡的种类和稳度
1.物体平衡的种类教学
教师演示：用带凹槽的铝塑板做成轨道，演示如图4所示实验。
图4
从观察现象得到结论：
(1)不稳定平衡：如A球，当物体偏离平衡位置，重心位置下降，就会失去平衡，且不能自动回到原来的平衡位置，这样的平衡叫不稳定平衡。
(2)稳定平衡：如B球，当物体偏离平衡位置，重心位置上升，就会失去平衡，但能自动回到原来的平衡位置，继续保持平衡，这样的平衡叫稳定平衡。
(3)随遇平衡：如C球，当物体偏离平衡位置，重心位置既不降低也不上升，物体始终保持平衡状态，这样的平衡叫随遇平衡。
2.稳度教学
用“平衡针”演示，说明物体重心越低，支持面越大，物体越稳定。
实验目的：观察物体的重心和稳度。
实验内容和现象：如图5所示，把一根细铁丝从软木塞的中心穿过。在针的一端插上一个泡沫球。再另取一根细铁丝，穿过软木塞，并将细铁丝弯曲，在这根细铁丝的两端各插上一个橡胶瓶塞。注意伸出软木塞的一端不宜太长。将此端放在任何一个凸出点上，该系统都将对支撑点保持平衡。
图5
演示1 如果向上移动软木塞，将使系统失去初始状态的稳定性。若将软木塞下移，特别是使系统的重心低于系统的支撑点的位置，则会显著增强系统的稳定性。这也是赛车的底盘为什么尽可能安装得越低越好的原因。只有这样，赛车在急转弯时才不会翻倒。
演示2 如果向上移动软木塞，将使系统失去初始状态的稳定性。若将接触点处的毛衣针折成一个“类似V形的底盘”，则会显著增强系统的稳定性。这就是为什么高大建筑物通常建造成上小下大的原因。
（注：教材为山东科技版普通高中课程标准实验教科书必修1）
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