【公开课】共点力的平衡 教学设计-2023-2024学年高一上学期物理人教版（2019）必修第一册

课题章节与名称第三章相互作用——力第5节共点力的平衡课时1上课时间教师学习内容分析学习目标描述一、物理观念初步形成运动和相互作用的观念，知道什么是共点力。能从物理的视角解释一些简单的力平衡现象，知道共点力平衡的条件。能应用平衡条件解决一些实际的平衡问题。二、科学思维能在简单的力平衡情景中应用常见的物理模型。能对较简单的平衡现象进行分析推理获得结论，能用简单和直接的证据表达自己的观点。三、科学探究根据观察的力平衡现象提出相关的物理问题，能根据已有的科学探究方案使用基本的器材获得数据。进行简单的数据整理得到初步结论。学科核心素养培养说明科学态度与责任：认识到物理学能对自然界中力平衡现象进行描述与解释，对自然界有好奇心培养学生积极主动探究知识的态度和求真务实的精神。教学重点通过实验探究，得到共点力的平衡条件，会用共点力平衡的条件，分析生活和生产中的实际问题。教学难点通过实验探究，得到共点力的平衡条件学生学情分析对于物体的平衡问题，通过初中阶段的学习，学生已经有了一定的认识，并且对同一直线上二力平衡的条件有较好的理解，并能较熟练地应用，这对学生学习多个共点力的平衡有一定的帮助。学生在学习三力平衡的规律之前，基于生活经验，形成了大量的经验性常识。在此基础上建构物理规律，需要引导学生在诸多客观情境中发现问题，并对问题进行科学探究，完成从经验性常识到物理规律的转变。对进入高中学段的不久的学生来说，利用实验方法探究物理规律的能力也有待加强。另外，学生对物体的受力分析、力的分解、力的合成的知识掌握得不是很熟练，综合应用能力还比较弱，也需在课堂中逐步提升。教学策略设计教学环节教学内容主要教学方法与活动设计一、创设情境导课，融入课前思政教育1.教师展示：生活中应用力的平衡原理的小实验2.视频展示：我国高铁的稳定性，体现我们国家的综合国力。3.设疑：初中我们已经学过二力平衡的特点，即物体受到两个力的作用，且这两个力等大、反向、共线。那么当物体受到多个力的情况，这些力又有什么关系呢？学生活动一：将易拉罐斜立在桌子上。二、新课教学（一）共点力问题1根据每幅图中各个力作用线的几何关系，可以把下面四种情况的受力分成两类，判断哪些情况属于同一类？（引导：大家尝试在课本上作出各个力的方向的反向延长线，看看有什么不同？）你的判断依据是什么？共点力：几个力如果都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于一点，这几个力叫作共点力。思考：图片中的物体是怎样实现平衡状态的？学生活动二：以小组为单位进行分析、讨论，得出分类结论及依据。学生根据共点力的定义，对图片中各个物体的受力情况进行分析。（二）共点力平衡的条件思考：课前小实验中的物体是怎样实现平衡的？（引导学生强调物体受到的是两个共点力。）回顾：二力平衡的条件二力平衡的条件：作用在物体上的两个力，大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。延伸设问：当物体收到三个共点力并处于平衡状态，这三个力之间又有怎样的关系呢？引导得出：方法一：将其中任意两个力进行合成，得到这两个力的合力，将三个共点力问题转化为两个共点力问题。物体在三个共点力作用下处于平衡状态时，其中两个力的合力与第三个力构成一对平衡力，合力为0。方法二：将其中的一个或几个力进行分解，得到水平和竖直两个方向的分力，将三个共点力问题转化为四个共点力问题，其中水平方向两个力大小相等、方向相反；竖直方向两个力大小相等、方向相反，两个方向合力均为0，列平衡方程。猜想：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。设疑：以上的结论实际上是我们理论得出的结果，事实果真如此吗？§实验：验证共点力作用下物体的平衡条件实验目的：验证物体在三个共点力作用下平衡时，合力为0。实验器材：桌板、细绳套、弹簧测力计、小圆环、白纸实验步骤：（1）用三个弹簧测力计拉动细绳套，使小圆环处于静止状态.（2）记录小圆环处于的O点，以及三根细线的方向、三根弹簧测力计的示数F1、F2、F3.数据处理：（1）用铅笔和刻度尺从点O沿三根细线方向画直线，按选定的标度作出F1、F2、F3的图示。（2）以F1和F2为邻边用刻度尺作平行四边形，过O点画平行四边形的对角线，此对角线代表的力记为F12。（3）分析数据，比较F12和F3在误差允许范围内是否等大、反向，从而得出结论。实验结论：共点力平衡的条件是物体所受合力为0.设疑：如果物体在四个力作用下处于平衡状态时，所受合力也为0吗？你们是如何得出结论的？追问：物体受n个共点力作用下处于平衡状态时呢？引导学生得出结论：物体在n个共点力作用下处于平衡状态时，其中(n-1)个力的合力与第三个力构成一对平衡力，合力为0。共点力平衡的条件：练习1如图所示，物体在五个共点力的作用下保持平衡。如果撤去力F1，而保持其余四个力不变，请在图上画出这四个力的合力的大小和方向。学生活动三：小组讨论出解决方案。学生活动四：以小组为单位进行实验，并根据老师的引导得出实验结论。学生在老师的引导下逐步得出共点力平衡条件。学生活动五：完成课后练习与应用第1题。（三）共点力平衡条件的应用例题1某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？解题引导：（1）为什么说“滑梯高度”与“儿童能在滑板上滑下”有关？（实验演示：在倾角θ变化的情况下，斜面上的黑板擦运动的速度情况）（2）儿童刚好能够从滑板上滑下，此时儿童处于什么状态？受力如何？（3）如何处理这三个力的关系？（引出正交分解法）方法总结：用正交分解法解决平衡问题的一般步骤明确研究对象，对物体受力分析；建立平面直角坐标系，让尽量多的力在坐标轴上；将不在坐标轴上的力进行分解；列x轴、y轴两个方向的平衡方程。例题2如图悬吊重物的细绳，其O点被一水平绳BO牵引，使悬绳AO段和竖直方向成θ角。若悬吊物所受的重力为G，则悬绳AO和水平绳BO所受的拉力各等于多少？解题引导：（1）选取的研究对象是哪个物体呢？（2）O点都受到哪些力的作用？（3）这些力的方向有何特点？（4）是否可以从其他角度求解问题？方法一：正交分解法方法二：合成法总结：正交分解法和合成法在共点力平衡问题中的使用。根据老师的引导，寻找解题方向，并从题目中感受生活中的物理问题。巩固正交分解的解题方法。三、课堂小结课堂小结：总结、归纳，形成本节课共点力平衡问题的物理体系，并学会将生活中的物理问题转化为物理模型。四、课后作业作业1体重较轻和体重较重的儿童，都能沿着滑梯匀速滑下吗？作业2物体处于非平衡状态时还能用正交分解法或合成法解决问题吗？作业3课后练习与应用第2-5题。课堂例题1的拓展。延伸、引出下一章运动和力的内容，鼓励学生对下个章节的内容进行预习。要求学生在题目旁边将解题方法进行标注。板书设计§3.5共点力的平衡共点力