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2019-2020年高一物理 第四章 物體的平衡 一、共點力作用下物體的平衡(第一課時) 人教大綱版第一冊 ●從容說課 本節(jié)學習共點力平衡及條件。內(nèi)容包括平衡狀態(tài)、共點力作用下物體的平衡條件和共點力的平衡條件。 本節(jié)課的教學目標定位如下： 1.了解共點力作用下物體平衡的概念。. 2.理解共點力作用下物體平衡的概念. 3.知道什么是力的平衡 4．應用共點力的平衡條件進行有關受力的分析，解決簡單的平衡問題。 本節(jié)課的教學重點是掌握共點力作用下物體平衡的條件及其簡單應用 本節(jié)課的教學難點是充分利用共點力的平衡條件和正交分解法求解共點力作用下物體的平衡問題。 本節(jié)研究的共點力平衡從表象上看是物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，其本質(zhì)是物體所受合外力為零。結合上述特點：本節(jié)采用實驗法、歸納法、問題解決法和分層教學法，來幫助學生掌握共點力作用下物體的平衡問題。 本節(jié)的教學程序如下： 直接導入新課→復習共點力的知識，分析實例得到什么是共點力作用下物體的平衡狀態(tài)→學生實驗探究共點力作用下物體的平衡條件→課堂討論強化本節(jié)知識點。 ●教學目標 一、知識目標 1.知道什么是共點力作用下物體的平衡狀態(tài). 2.掌握共點力的平衡條件. 二、能力目標 通過演示實驗及學生自己動手做實驗培養(yǎng)學生的推理分析能力、觀察能力、動手能力. 三、德育目標 1.辨證唯物主義的相對性觀點. 2.特殊到一般、一般到特殊的邏輯推理思維方式. ●教學重點 1.共點力作用下物體的平衡狀態(tài). 2.共點力的平衡條件. ●教學難點 共點力的平衡條件. ●教學方法 實驗法、歸納法、問題解決法、分層教學法. ●教學用具 演示物體一個、彈簧秤若干. ●課時安排 1課時 ●教學過程 ［投影本節(jié)學習目標］ 1.知道什么是共點力作用下物體的平衡狀態(tài). 2.掌握共點力的平衡條件. [學習目標完成過程] 一、導入新課 一個物體可以處于不同的運動狀態(tài)，其中常見的是平衡狀態(tài)，而且很有實際意義，如起重機、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？這一章就來學習這方面的問題，本節(jié)課我們先來學習在共點力作用下物體的平衡. 二、新課教學 說明：分層教學的前提是通過教師與學生的溝通，結合對各部分的掌握及學生的學習習慣及態(tài)度、興趣等綜合因素，大致將學生分為三個層次.具體如下： A層次：對物理有較濃的學習興趣、基礎知識牢靠，學習習慣較好，能主動預習且能超前認知的同學. B層次：自我感覺學習物理沒有多大困難，自我學習約束能力一般，能跟上老師上課的步驟的同學. C層次：沒有或興趣不大，需要老師或他人的督促，學習習慣不太好，屬于被動學習的階段，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) [學生活動] 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． [分組討論并匯報討論結果] 1．一個物體在共點力作用下，如果保持靜止或勻速直線運動，則這個物體就處于平衡狀態(tài)． 2．共點力作用下物體的平衡又分為兩種情形，即靜平衡(物體靜止)和動平衡(物體做勻速直線運動)． 3．學生可能舉的平衡實例有： ①光滑水平面上勻速滑動的物塊； ②沿斜面勻速下滑的木箱； ③天花板上懸掛的吊燈； ④上拋到最高點的物體； ⑤一個物體拿在手中，在松手的瞬間． [實例討論] 同學舉的實例平衡中：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．所以同學們所舉的前三個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。物體保持靜止狀態(tài)說明v=O，a=O．兩者同時成立,如果僅是v=0,a≠0，例如上拋到最高點的物體，此時物體并不能保持靜止狀態(tài)所以物體并非處于平衡態(tài)． [總結并板書] (一)平衡狀態(tài) 一個物體在共點力的作用下。如果保持靜止或者做勻速直線運動。就說這個物體處于平衡狀態(tài)． (1)幾個力都作用在物體的同一點。或者它們的作用線相交于同一點這幾個力叫共點力． 實際問題中如果可以不考慮物體的大小和形狀，而把物體當作一個質(zhì)點時，作用在該物體上的力都可以看作共點力． (2)平衡狀態(tài)的種類 ①靜平衡：物體保持靜止狀態(tài)．注意：物體做豎直上拋運動到最高點時，速度為零，只是變速運動的一個瞬間，不是平衡狀態(tài)，因為它并不能一直保持速度為零——靜止狀態(tài)． ②動平衡：物體保持勻速直線運動狀態(tài)． (3)有時說“物體緩緩運動”即認為物體處于動平衡狀態(tài)． (4)共點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行的人造衛(wèi)星 [參考答案]BD （二）．共點力作用下物體的平衡條件 (1)請同學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動） BC：畫出受力示意圖（包括汽車勻速直線運動） ［結論］物體在平衡時既可受兩個力，又可受更多的力. (2)實例分析，理論推導. ［思路］分析受力的合力. ［學生活動設計］ 感性理解認識：F合=0 獨立理論推導 ［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 結論：平衡狀態(tài)的條件為： F合=0 (3)實驗驗證： 演示實驗： 用彈簧秤先測演示物體的重量G 再用兩個彈簧秤向上成一角度提起演示物體，使其保持靜止狀態(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. 結果： 在誤差允許范圍內(nèi)，合力為零. 分組實驗： 按已經(jīng)準備分好的組（A、B、C搭配）分組進行，教師巡回指導. a.一個彈簧秤提起某物保持靜止. a1受力分析 a2 F合 b.兩個彈簧秤提起重物保持靜止 b1受力分析 b2畫出力的圖示 b3應用平行四邊形定則求F合. 抽查同學驗證結果. 請一A層次同學歸納所學知識及思路. ［強化訓練］ 下列關于質(zhì)點處于平衡狀態(tài)的論述，正確的是 A.質(zhì)點一定不受力的作用 B.質(zhì)點一定沒有加速度 C.質(zhì)點一定沒有速度 D.質(zhì)點一定保持靜止 ［學生活動設計］討論解答、提問（B層次） 參考答案：B （三）.拓展 （1）結合前面所學，思考：物體受兩個共點力平衡時，這兩個力是什么關系？是否學過？ 學生思考得：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,例自由落體起始時刻. ［學生活動設計］A討論 B、C獨立思考 （3）了解力的平衡. 方法：同學閱讀P71最后一段認識.` （4）思考題：（A層次） 試推導四個力，五個力、n個力（共點力）的平衡條件. （5）三個平衡時，其中任意兩個力的合力與第三個力的關系. 方法：A、B討論C獨立思考 ［結論］抽查：F1、2與F3大小相等、方向相反，且在一條直線上. （四）.補充說明 方法：教師介紹強調(diào) （1）物體做什么運動與我們選取的參考系密切相關，我們判定物體是不是處于平衡狀態(tài)應選擇慣性參考系，常用的慣性參考系是地球或相對地球靜止或勻速直線運動的物體. （2）共點力平衡條件的深化 F合=0→ （3）三力匯交原理 若物體在三個非平行力作用下處于平衡狀態(tài)，則這三個力必定共點共面，合力為零，稱為三個共點力的平衡. ［強化訓練］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摩擦因數(shù)多大？ ［分析］關鍵詞—勻速（下滑）處于平衡狀態(tài)，則所受合力為零. 解：沿斜面和垂直斜面建立坐標系，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］該結果在很多時候?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力的合成說明共點力作用下物體的平衡條件． 3．物體在共面的三個非平行力作用下處于平衡狀態(tài)時。這三個力的作用線是否一定交于一點? [學生活動] 討論并解答上述問題． [教師點撥] 1．靜止的物體一定平衡。但平衡的物體不一定靜止． 靜止狀態(tài)是物體在一段時間內(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動中的一個狀態(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．如果物體在多個共點力Fl、F2…Fn的作用下處于平衡狀態(tài),據(jù)共點力的合成法則,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，所以物體在多個共點力作用下的平衡條件是合力為零． 3．物體在共面的三個非平行力作用下處于平衡狀態(tài)時，這三個力的作用線必相交于一點(簡稱三力匯交原理)，并且其中任一個力跟其余兩個力的合力等值反向．三、小結 [投影小結思考題] 1．一個物體在共點力作用下，如果保持 或 ，則該物體處于平衡狀態(tài)。 2．共點力作用下物體的平衡條件是：物體所受合外力 ，其數(shù)學表達式為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力的作用處于平衡狀態(tài)，則這兩個力 4．若物體受到三個力的作用處于平衡狀態(tài)，則其中任意兩個力的合力與第三個力 四、作業(yè) 1.課后作業(yè)：P73（1）（A、B、C） 2.預習第二節(jié)，完成相關題目（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，當以mg的水平力作用于C物體時，恰可使C勻速運動，現(xiàn)將木板一端抬高，當AB與水平成45時，求木板所受的摩擦力多大？ [參考答案]：F=mg 提示：勻速運動，符合共點力作用下的平衡特點. 故F合=0所以mg=μmg推得μ= 當AB與水平成45時，mgsin45=mg 判定此時已運動所以F=μmgcos45=mg 五、板書設計 六、本節(jié)優(yōu)化訓練設計 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 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，當撤去F1后，木塊仍靜止，則此時木塊受的摩擦力為 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，當木箱沿地面運動時，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、乙一起勻速運動，此時，設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，當用大小為20 N，方向與水平成37的力F推物體時，恰能使重15 N的重物靠在墻上不下滑，問： （1）此時物體所受摩擦力是多大？ （2）當推力方向不變，大小為22 N時，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)生相對運動趨勢的力. 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