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2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 一、共點(diǎn)力作用下物體的平衡(第一課時(shí)) 人教大綱版第一冊 ●從容說課 本節(jié)學(xué)習(xí)共點(diǎn)力平衡及條件。內(nèi)容包括平衡狀態(tài)、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件和共點(diǎn)力的平衡條件。 本節(jié)課的教學(xué)目標(biāo)定位如下： 1.了解共點(diǎn)力作用下物體平衡的概念。. 2.理解共點(diǎn)力作用下物體平衡的概念. 3.知道什么是力的平衡 4．應(yīng)用共點(diǎn)力的平衡條件進(jìn)行有關(guān)受力的分析，解決簡單的平衡問題。 本節(jié)課的教學(xué)重點(diǎn)是掌握共點(diǎn)力作用下物體平衡的條件及其簡單應(yīng)用 本節(jié)課的教學(xué)難點(diǎn)是充分利用共點(diǎn)力的平衡條件和正交分解法求解共點(diǎn)力作用下物體的平衡問題。 本節(jié)研究的共點(diǎn)力平衡從表象上看是物體處于靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其本質(zhì)是物體所受合外力為零。結(jié)合上述特點(diǎn)：本節(jié)采用實(shí)驗(yàn)法、歸納法、問題解決法和分層教學(xué)法，來幫助學(xué)生掌握共點(diǎn)力作用下物體的平衡問題。 本節(jié)的教學(xué)程序如下： 直接導(dǎo)入新課→復(fù)習(xí)共點(diǎn)力的知識(shí)，分析實(shí)例得到什么是共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài)→學(xué)生實(shí)驗(yàn)探究共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件→課堂討論強(qiáng)化本節(jié)知識(shí)點(diǎn)。 ●教學(xué)目標(biāo) 一、知識(shí)目標(biāo) 1.知道什么是共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài). 2.掌握共點(diǎn)力的平衡條件. 二、能力目標(biāo) 通過演示實(shí)驗(yàn)及學(xué)生自己動(dòng)手做實(shí)驗(yàn)培養(yǎng)學(xué)生的推理分析能力、觀察能力、動(dòng)手能力. 三、德育目標(biāo) 1.辨證唯物主義的相對性觀點(diǎn). 2.特殊到一般、一般到特殊的邏輯推理思維方式. ●教學(xué)重點(diǎn) 1.共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài). 2.共點(diǎn)力的平衡條件. ●教學(xué)難點(diǎn) 共點(diǎn)力的平衡條件. ●教學(xué)方法 實(shí)驗(yàn)法、歸納法、問題解決法、分層教學(xué)法. ●教學(xué)用具 演示物體一個(gè)、彈簧秤若干. ●課時(shí)安排 1課時(shí) ●教學(xué)過程 ［投影本節(jié)學(xué)習(xí)目標(biāo)］ 1.知道什么是共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài). 2.掌握共點(diǎn)力的平衡條件. [學(xué)習(xí)目標(biāo)完成過程] 一、導(dǎo)入新課 一個(gè)物體可以處于不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，其中常見的是平衡狀態(tài)，而且很有實(shí)際意義，如起重機(jī)、建筑物等就需要保持平衡狀態(tài).那么，什么是物體的平衡狀態(tài)？物體在什么條件下才能處于平衡狀態(tài)呢？這一章就來學(xué)習(xí)這方面的問題，本節(jié)課我們先來學(xué)習(xí)在共點(diǎn)力作用下物體的平衡. 二、新課教學(xué) 說明：分層教學(xué)的前提是通過教師與學(xué)生的溝通，結(jié)合對各部分的掌握及學(xué)生的學(xué)習(xí)習(xí)慣及態(tài)度、興趣等綜合因素，大致將學(xué)生分為三個(gè)層次.具體如下： A層次：對物理有較濃的學(xué)習(xí)興趣、基礎(chǔ)知識(shí)牢靠，學(xué)習(xí)習(xí)慣較好，能主動(dòng)預(yù)習(xí)且能超前認(rèn)知的同學(xué). B層次：自我感覺學(xué)習(xí)物理沒有多大困難，自我學(xué)習(xí)約束能力一般，能跟上老師上課的步驟的同學(xué). C層次：沒有或興趣不大，需要老師或他人的督促，學(xué)習(xí)習(xí)慣不太好，屬于被動(dòng)學(xué)習(xí)的階段，相對而言成績也較差. 課堂布置：C層次靠前 B層次居中 A層次自愿 （一）平衡狀態(tài) [學(xué)生活動(dòng)] 閱讀課文并思考下列問題： [投影]閱讀思考題： 1．什么是平衡狀態(tài)? 2．在共點(diǎn)力作用下，物體的平衡狀態(tài)分為哪兩類? 3．舉例說明什么是物體的平衡狀態(tài)． 4．談一下你對靜止的理解． [分組討論并匯報(bào)討論結(jié)果] 1．一個(gè)物體在共點(diǎn)力作用下，如果保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)，則這個(gè)物體就處于平衡狀態(tài)． 2．共點(diǎn)力作用下物體的平衡又分為兩種情形，即靜平衡(物體靜止)和動(dòng)平衡(物體做勻速直線運(yùn)動(dòng))． 3．學(xué)生可能舉的平衡實(shí)例有： ①光滑水平面上勻速滑動(dòng)的物塊； ②沿斜面勻速下滑的木箱； ③天花板上懸掛的吊燈； ④上拋到最高點(diǎn)的物體； ⑤一個(gè)物體拿在手中，在松手的瞬間． [實(shí)例討論] 同學(xué)舉的實(shí)例平衡中：前三種情況下，物體的加速度都等于零，而后兩種情況下，物體的加速度都不等于零，而物體處于平衡狀態(tài)的特征是a=O．所以同學(xué)們所舉的前三個(gè)例子都是物體處于平衡狀態(tài)，而后兩種不是平衡狀態(tài)． 4．[教師點(diǎn)撥對靜止的理解] 靜止與速度v=O不是一回事。物體保持靜止?fàn)顟B(tài)說明v=O，a=O．兩者同時(shí)成立,如果僅是v=0,a≠0，例如上拋到最高點(diǎn)的物體，此時(shí)物體并不能保持靜止?fàn)顟B(tài)所以物體并非處于平衡態(tài)． [總結(jié)并板書] (一)平衡狀態(tài) 一個(gè)物體在共點(diǎn)力的作用下。如果保持靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)。就說這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)． (1)幾個(gè)力都作用在物體的同一點(diǎn)?；蛘咚鼈兊淖饔镁€相交于同一點(diǎn)這幾個(gè)力叫共點(diǎn)力． 實(shí)際問題中如果可以不考慮物體的大小和形狀，而把物體當(dāng)作一個(gè)質(zhì)點(diǎn)時(shí)，作用在該物體上的力都可以看作共點(diǎn)力． (2)平衡狀態(tài)的種類 ①靜平衡：物體保持靜止?fàn)顟B(tài)．注意：物體做豎直上拋運(yùn)動(dòng)到最高點(diǎn)時(shí)，速度為零，只是變速運(yùn)動(dòng)的一個(gè)瞬間，不是平衡狀態(tài)，因?yàn)樗⒉荒芤恢北３炙俣葹榱恪o止?fàn)顟B(tài)． ②動(dòng)平衡：物體保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)． (3)有時(shí)說“物體緩緩運(yùn)動(dòng)”即認(rèn)為物體處于動(dòng)平衡狀態(tài)． (4)共點(diǎn)力作用下物體的平衡狀態(tài)就是物體的加速度恒為零的狀態(tài)． [投影]鞏固練習(xí)題 下列物體中處于非平衡狀態(tài)的是 ． A．靜止在粗糙斜面上的物體 B．沿光滑斜面下滑的物體 C．在平直路面上勻速行駛的汽車 D．以恒定速率沿一圓周運(yùn)行的人造衛(wèi)星 [參考答案]BD （二）．共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件 (1)請同學(xué)分析剛才所舉的例子中各物體的受力情況.要求： A口頭表述（包括汽車勻速直線運(yùn)動(dòng)） BC：畫出受力示意圖（包括汽車勻速直線運(yùn)動(dòng)） ［結(jié)論］物體在平衡時(shí)既可受兩個(gè)力，又可受更多的力. (2)實(shí)例分析，理論推導(dǎo). ［思路］分析受力的合力. ［學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)］ 感性理解認(rèn)識(shí)：F合=0 獨(dú)立理論推導(dǎo) ［投影］過程： 從平衡狀態(tài)得： a=0 又由牛頓第二定律得： F合=ma=0 結(jié)論：平衡狀態(tài)的條件為： F合=0 (3)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證： 演示實(shí)驗(yàn)： 用彈簧秤先測演示物體的重量G 再用兩個(gè)彈簧秤向上成一角度提起演示物體，使其保持靜止?fàn)顟B(tài). 讀出彈簧秤的示數(shù) 板畫：物體的受力圖示，根據(jù)力的平行四邊形定則，求出合力. 結(jié)果： 在誤差允許范圍內(nèi)，合力為零. 分組實(shí)驗(yàn)： 按已經(jīng)準(zhǔn)備分好的組（A、B、C搭配）分組進(jìn)行，教師巡回指導(dǎo). a.一個(gè)彈簧秤提起某物保持靜止. a1受力分析 a2 F合 b.兩個(gè)彈簧秤提起重物保持靜止 b1受力分析 b2畫出力的圖示 b3應(yīng)用平行四邊形定則求F合. 抽查同學(xué)驗(yàn)證結(jié)果. 請一A層次同學(xué)歸納所學(xué)知識(shí)及思路. ［強(qiáng)化訓(xùn)練］ 下列關(guān)于質(zhì)點(diǎn)處于平衡狀態(tài)的論述，正確的是 A.質(zhì)點(diǎn)一定不受力的作用 B.質(zhì)點(diǎn)一定沒有加速度 C.質(zhì)點(diǎn)一定沒有速度 D.質(zhì)點(diǎn)一定保持靜止 ［學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)］討論解答、提問（B層次） 參考答案：B （三）.拓展 （1）結(jié)合前面所學(xué)，思考：物體受兩個(gè)共點(diǎn)力平衡時(shí)，這兩個(gè)力是什么關(guān)系？是否學(xué)過？ 學(xué)生思考得：二力平衡. （2）靜止的理解 思考題：靜止與v=0是一回事嗎？試舉例說明？與“保持”的理解類比. 參考解答： 保持靜止：v=0,a=0 v=0:可能a=0 可能a≠0,例自由落體起始時(shí)刻. ［學(xué)生活動(dòng)設(shè)計(jì)］A討論 B、C獨(dú)立思考 （3）了解力的平衡. 方法：同學(xué)閱讀P71最后一段認(rèn)識(shí).` （4）思考題：（A層次） 試推導(dǎo)四個(gè)力，五個(gè)力、n個(gè)力（共點(diǎn)力）的平衡條件. （5）三個(gè)平衡時(shí)，其中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力的關(guān)系. 方法：A、B討論C獨(dú)立思考 ［結(jié)論］抽查：F1、2與F3大小相等、方向相反，且在一條直線上. （四）.補(bǔ)充說明 方法：教師介紹強(qiáng)調(diào) （1）物體做什么運(yùn)動(dòng)與我們選取的參考系密切相關(guān)，我們判定物體是不是處于平衡狀態(tài)應(yīng)選擇慣性參考系，常用的慣性參考系是地球或相對地球靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)的物體. （2）共點(diǎn)力平衡條件的深化 F合=0→ （3）三力匯交原理 若物體在三個(gè)非平行力作用下處于平衡狀態(tài)，則這三個(gè)力必定共點(diǎn)共面，合力為零，稱為三個(gè)共點(diǎn)力的平衡. ［強(qiáng)化訓(xùn)練］投影 如圖所示，質(zhì)量為m的物體沿傾角為θ的斜面勻速下滑，求物體與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)多大？ ［分析］關(guān)鍵詞—?jiǎng)蛩伲ㄏ禄┨幱谄胶鉅顟B(tài)，則所受合力為零. 解：沿斜面和垂直斜面建立坐標(biāo)系，受力分析得： 在x軸上合力為零，有F-mgsinθ=0 在y軸合力為零，有FN-mgcosθ=0 又F=μFN 所以μ=F/FN=tanθ ［說明］該結(jié)果在很多時(shí)候?qū)ψ鲱}有用. [課堂討論] 1．談一下靜止與平衡狀態(tài)I速度為零與靜止的區(qū)別． 2．試從二力平衡條件及共點(diǎn)力的合成說明共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件． 3．物體在共面的三個(gè)非平行力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)。這三個(gè)力的作用線是否一定交于一點(diǎn)? [學(xué)生活動(dòng)] 討論并解答上述問題． [教師點(diǎn)撥] 1．靜止的物體一定平衡。但平衡的物體不一定靜止． 靜止?fàn)顟B(tài)是物體在一段時(shí)間內(nèi)保持速度為零不變，其加速度為零；而物體速度為零可能是物體靜止，也可能是物體做變速運(yùn)動(dòng)中的一個(gè)狀態(tài)，加速度不為零． 由此可見，靜止的物體速度一定為零，但速度為零的物體不一定靜止． 因此，靜止的物體一定處于平衡狀態(tài)，但速度為零的物體不一定處于平衡狀態(tài)． 2．如果物體在多個(gè)共點(diǎn)力Fl、F2…Fn的作用下處于平衡狀態(tài),據(jù)共點(diǎn)力的合成法則,可將Fl、F2…Fn用其合力F′代替，則Fl與F′就是一對平衡力，它們大小相等方向相反，合力為零，所以物體在多個(gè)共點(diǎn)力作用下的平衡條件是合力為零． 3．物體在共面的三個(gè)非平行力作用下處于平衡狀態(tài)時(shí)，這三個(gè)力的作用線必相交于一點(diǎn)(簡稱三力匯交原理)，并且其中任一個(gè)力跟其余兩個(gè)力的合力等值反向．三、小結(jié) [投影小結(jié)思考題] 1．一個(gè)物體在共點(diǎn)力作用下，如果保持 或 ，則該物體處于平衡狀態(tài)。 2．共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是：物體所受合外力 ，其數(shù)學(xué)表達(dá)式為F合= 或Fx合= ，F(xiàn)y合= ，其中Fx合為物體在x軸方向上所受的合外力，F(xiàn)y合為物體在y軸方向上所受的合外力。 3． 叫力的平衡若物體受到兩個(gè)力的作用處于平衡狀態(tài)，則這兩個(gè)力 4．若物體受到三個(gè)力的作用處于平衡狀態(tài)，則其中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力 四、作業(yè) 1.課后作業(yè)：P73（1）（A、B、C） 2.預(yù)習(xí)第二節(jié)，完成相關(guān)題目（A、B） 3.思考題：（A層次） 如圖所示，質(zhì)量為m的物體C放在水平木板AB上，當(dāng)以mg的水平力作用于C物體時(shí)，恰可使C勻速運(yùn)動(dòng)，現(xiàn)將木板一端抬高，當(dāng)AB與水平成45時(shí)，求木板所受的摩擦力多大？ [參考答案]：F=mg 提示：勻速運(yùn)動(dòng)，符合共點(diǎn)力作用下的平衡特點(diǎn). 故F合=0所以mg=μmg推得μ= 當(dāng)AB與水平成45時(shí)，mgsin45=mg 判定此時(shí)已運(yùn)動(dòng)所以F=μmgcos45=mg 五、板書設(shè)計(jì) 六、本節(jié)優(yōu)化訓(xùn)練設(shè)計(jì) 1.（1）下列哪組力作用在物體上，有可能使物體處于平衡狀態(tài)( ) A.3 N,4 N,8 N B.3 N,5 N,1 N C.4 N,7 N,8 N D.7 N,9 N,6 N （2）用手施水平力將物體壓在豎直墻壁上，在物體始終保持靜止的情況下( ) A.壓力加大，物體受的靜摩擦力也加大 B.壓力減小，物體受的靜摩擦力也減小 C.物體所受靜摩擦力為定值，與壓力大小無關(guān) D.不論物體的壓力改變與否，它受到的靜摩擦力總等于重力 （3）如圖所示，木塊在水平桌面上，受水平力F1=10 N，F(xiàn)2=3 N而靜止，當(dāng)撤去F1后，木塊仍靜止，則此時(shí)木塊受的摩擦力為 A.0 B.水平向右，3 N C.水平向左，7 N D.水平向右，7 N 2.（1）重300 N的木箱放在光滑的水平地面上，一個(gè)人用200 N的力F作用在木箱上，方向與水平方向成30斜向上，當(dāng)木箱沿地面運(yùn)動(dòng)時(shí)，地面對木箱的支持力為______N. （2）質(zhì)量相同的甲和乙疊放在水平面上，用力F拉乙，使甲、乙一起勻速運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，設(shè)甲與乙之間的摩擦力為F1，乙與地之間的摩擦力為F2，則F1=______，F(xiàn)2=______. 3.如圖所示，當(dāng)用大小為20 N，方向與水平成37的力F推物體時(shí)，恰能使重15 N的重物靠在墻上不下滑，問： （1）此時(shí)物體所受摩擦力是多大？ （2）當(dāng)推力方向不變，大小為22 N時(shí)，物體與墻之間的摩擦力是多少？ （3）欲使物體與墻壁間不存在摩擦力，則推力大小應(yīng)變?yōu)槎啻螅? ［參考答案］ 1.（1）CD (2)CD 提示：本題中，物體始終保持靜止，即是指物體一直處于平衡狀態(tài)，則據(jù)共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件有 F合=0 對物體受力分析，如右圖 可得F=FN，F(xiàn)f=G （3）B 提示：靜摩擦力始終等于使物體發(fā)生相對運(yùn)動(dòng)趨勢的力. 2.（1）200 N 提示：豎直方向上合力為零（2）F1=0 F2=F 3.（1）3 N，沿墻向上 （2）1.8 N，沿墻向上 （3）25 N