沪科版必修1 4.3共点力的平衡及其应用 教案(二).doc

教学设计43 共点力的平衡及其应用教学设计(二)共点力的平衡是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，是全章的核心。通过本章的学习，能使学生初步学会研究力学问题的方法，为进一步研究动力学问题打好基础。为加深学生对共点力平衡的认识及应用，教学中现实生活中的事例，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，通过实验探究，归纳、总结出共点力的平衡条件：f合0。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。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。本节课要突破的难点是，共点力作用下物体平衡条件的建立过程。突破难点的方法是，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，运用等效替代的方法，得出不在一直线上、三个共点力的平衡条件f合0，并推广到一般情况，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。三维目标知识与技能1知道什么是共点力，及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会应用实验研究物体在共点力作用下的平衡条件。过程与方法1在对共点力平衡问题的探究中，感受等效、图示、归纳推理等科学方法。2在共点力平衡条件的实验研究中，感受猜想、方案设计、实验探究、分析归纳结论的科学探究方法。情感、态度与价值观1在共同的实验探究过程中，体验合作，乐于合作。2通过了解张衡的相关科学成就，激发爱国主义情感和对科学的热爱。教学重点共点力作用下物体的平衡条件。教学难点共点力平衡条件的探究过程。教学过程创设情境，导入新课(一)生活中的平衡：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。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”这个词究竟是什么含义呢？什么叫平衡状态？1物体的平衡现象：打开“4.3共点力的平衡及其应用课件(沪科版必修1)ppt”文件，切换到情境篇让学生观看图片并讨论交流“物体的平衡状态”的含义，加深对物体平衡的感性认识。2平衡状态：把屏幕切换到下页，出示平衡状态的概念，并解释其含义。如图：3几种常见的平衡状态：把屏幕切换到下页，加深学生对平衡状态的认识。屏幕切换到下页，给出一个练习题，如图推进新课从二力平衡到共点力的平衡4物体平衡的条件：切换幻灯片到下页，让学生思考并回答，二力平衡的条件是什么？如图屏幕继续切换下一页，展示一个思考题：如图进一步提出问题：不在一条直线上的三力平衡或四力平衡要满足什么条件呢？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。5共点力平衡的条件的实验探究：(1)实验的设计：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：木板一块 定滑轮若干 不同长度的细绳三段 钩码一组 白纸 铅笔 尺 量角器 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。引导学生大胆猜想并通过实验验证猜想是否正确。给学生留一定的思考时间后，切换幻灯片到下页，如图，展示2种不同的实验方案，供参考。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)。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。归纳：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。切换幻灯片下页，归纳结论，并进一步拓展提升：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。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n个力与其余(n1)个力的合力一定大小相等、方向相反。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。把屏幕切换到下页，如图。6案例分析：切换幻灯片到下页，如图，通过例题的讲解，领会共点力平衡的实际应用。先是给出例题的内容，让学生思考所给问题并给出解答，然后再点击屏幕给出答案。通过例题让学生领会运用力的合成方法求解问题的要领。切换幻灯片到下页，如图通过例题让学生领会运用正交分解方法求解问题的要领。7课堂小结同学们根据自身特点，各自进行。(1)独立归纳，应用自己熟悉的方式并能找出重点内容。(2)讨论归纳，列出知识的框架图，说明知识的认知过程。(3)结合提纲，知识重现，小结归纳。提示：引导学生归纳应用共点力的平衡条件解决实际问题的步骤：(1)确定分析对象。(2)对分析对象作受力分析，画受力示意图。(3)如果是三力平衡，可应用合成法画图用作图法求解，或应用解三角形的数学方法求解。(4)如果是三力或以上的平衡，可适当选择坐标轴，对物体的受力作正交分解后，分坐标轴方向列物体平衡的代数方程求解。切换屏幕到下页，归纳总结解共点力作用求解平衡问题的一般步骤，如图：切换屏幕到总结求平衡问题的方法，如图：8课堂训练先让学生尝试计算，后点击给出答案神奇的平衡书桌上放着一个不倒翁，浑圆的身体，一张笑眯眯的脸。书读累了，你去逗一下，把它推倒了，可它马上又笑嘻嘻地站起来，好倔强的脾气。让我们就从这个倔强的不倒翁，开始说说在我们身边的物理知识吧。不倒翁告诉我们一个非常有用的物理知识，就是物体怎样才能平衡。一本书竖在桌子上，轻轻地用手一推，啪的一声便倒在桌子上，而不倒翁推倒了却一下又能站起来。这就是说，平衡里也有不同：一件东西立在那儿，轻轻地推一下，它晃了几晃又重新立稳，这种平衡叫稳定平衡；如果轻轻地一碰就倒，叫做不稳定平衡。不倒翁是稳定平衡，立在桌面上的书本、铅笔等是不稳定平衡。不倒翁不倒的秘密在于它肚子底下的那个大泥坨，使不倒翁和桌子之间有一个很大的支持面，泥坨还使它的重心降得很低，所以特别稳定，倒了还能自己再站起来。站立在桌面上的书则不同，它的支持面非常狭窄，重心又很高，所以一碰就倒，因此，看一个物体稳定不稳定有两个条件：一个条件是支持物面积的大小，还有一个条件是物体重心的高低。用橡皮泥或抹窗户缝的油灰(腻子)做一个走钢丝的小人，且一根细木棍穿过一小团橡皮泥做身子，木棍算做是腿，刻上一个小槽正好镶在铁丝上，然后把两个长铁钉斜着对称地插在橡皮泥做的身子上。绷紧铁丝，把小人放在上面，由于插了两个大铁钉，小人整体的重心就落在铁丝的下面，不管你如何摇晃抖动铁丝，小人也不会跌落下来。所以悬挂是一种最稳定的平衡。过去汽车大赛的时候，由于赛车车速太快，常常发生车翻人亡的悲惨事故。如今设计出一种新型的“低悬挂”型赛车，车轱辘很高，车厢很低，使汽车整个的重心落在车轴的下面，等于把车身挂在了车轴的下面，所以把这种赛车弄翻很不容易。从电视里，你一定看到过它。你也许没有看到过悬挂在空中的火车，如果有这种火车你敢乘坐吗？目前许多国家正在发展这种火车。它的名字叫单轨列车，它只有一条架在空中的铁轨；车厢挂在下面，实际上它比双轨火车还安全。单轨列车是一个曾经在沙漠工作过的法国工程师拉尔廷纽为了解决沙土经常掩埋沙漠中的铁轨而设计出来的。据说他受到沙漠之舟骆驼背上分挂在两侧的货物启发，想到可以将车厢横跨在铁轨的两边，使重心低于铁轨，这样列车就不会翻倒，铁轨也不会被沙土掩盖，列车还可以跨过河流、沼泽地区，又不占农田，从空中通过。因此这个设计受到了人们的欢迎。欹(音q奇)器的原理故宫博物院里陈列着1895年“光绪御制”的一对高45.5 cm、长18.7 cm、宽14 cm的铜制器物。它的样子像个插屏，底座上有一个框架。框架的中央吊挂着一个直径12 cm、高14.7 cm的杯状容器，杯状容器两边的乳钉形轴与框架内侧的针状轴衔接，这样，这个容器就可以在框架上沿一定方向转动。如果往容器中倒水，水倒入一半时，容器正好是垂直地吊挂；将水倒满后，容器却自动翻转，而把水全部倒出来了。之后，容器就又自动偏向一方静止下来。这种奇特的器物叫“欹器”(欹是倾斜的意思)。欹器的制作是利用了质量不均匀物体重心变化的道理。设其静止时向右倾斜，其内部结构为右侧质量大于左侧质量，且右下端质量大于右上端质量，容器的重心位于其几何中心偏右，且在转动轴的下方，所以静止时容器向右侧倾斜如图(a)，当往容器中倒水时，容器的重心向左移动，重力对转动轴产生逆时针力矩，使杯子向左偏转，逐渐倒水逐渐偏转，当水倒入一半时，容器的重心恰好移到其几何中心，所以容器正好垂直吊挂如图(b)。继续倒水，重心将向左上方移动，使杯子继续向左偏转，当水正好倒满时，容器的重心已移动到转动轴的上方而且其重力作用线恰好越过其底部平面如图(c)，容器翻转不可逆转，所以水全部溢出。由于溢出水