物理教案：共點(diǎn)力作用下物體的平衡

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物理教案：共點(diǎn)力作用下物體的平衡1

教學(xué)目標(biāo)

一、知識(shí)目標(biāo)

1、知道什么叫共點(diǎn)力作用下的平衡狀態(tài)．

2、掌控共點(diǎn)力的平衡條件．

3、會(huì)用共點(diǎn)力的平衡條件解決有關(guān)平衡問(wèn)題．

二、技能目標(biāo)

1、培育同學(xué)應(yīng)用力的矢量合成法那么平行四邊形定那么進(jìn)行力的合成、力的分解的技能．

2、培育同學(xué)全面分析問(wèn)題的技能和推理技能．

三、情感目標(biāo)

1、教會(huì)同學(xué)用辨證觀點(diǎn)看問(wèn)題，體會(huì)團(tuán)結(jié)幫助．

教學(xué)建議

教材分析

1、通過(guò)實(shí)際〔生產(chǎn)生活中〕的例子來(lái)說(shuō)明怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，使同學(xué)全面理解平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)．

2、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件在實(shí)際中的應(yīng)用，是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)．對(duì)于不同類型的平衡問(wèn)題，如何依據(jù)平衡條件建立方程，對(duì)于同學(xué)來(lái)說(shuō)是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)．(平衡系統(tǒng)中取一個(gè)物體為討論對(duì)象，即隔離體法處理；取二以上物體為討論對(duì)象，即整體法處理．建立方程時(shí)可利用矢量三角形法或多邊形法的合成和正交分解法來(lái)處理．)

教法建議

1、本節(jié)例題的教學(xué)重在引導(dǎo)同學(xué)學(xué)習(xí)分析方法．由于同學(xué)已經(jīng)掌控了動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般分析方法，教學(xué)時(shí)可先回顧動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析方法，然后引導(dǎo)同學(xué)遷移到靜力學(xué)問(wèn)題中去．

2、本節(jié)例題代表了兩種典型的靜力學(xué)問(wèn)題．建議教學(xué)中引導(dǎo)同學(xué)做出小結(jié)．

教學(xué)設(shè)計(jì)方案

第一節(jié)共點(diǎn)力作用下物體的平衡

一、平衡狀態(tài)

假如物體保持靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)．由此可見(jiàn)，平衡狀態(tài)分兩種狀況：一種是靜態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速度，物體的加速度；另一種是動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速度，物體的加速度．

留意：

1、物體的瞬時(shí)速度為零時(shí)，物體不肯定處于平衡狀態(tài)．例如，將物體豎直上拋，物體上升到最高點(diǎn)時(shí)，其瞬時(shí)速度，但物體并不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，物體在重力作用下將向下運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可得，物體此時(shí)的加速度，只有當(dāng)物體能保持靜止?fàn)顟B(tài)即其加速度也為零，物體才是處于靜平衡狀態(tài)．

2、物理中的緩慢移動(dòng)可認(rèn)為物體的移動(dòng)速度很小，即要多小有多小，故可認(rèn)為其移動(dòng)速度趨于零，因此，習(xí)題中涌現(xiàn)“緩慢移動(dòng)”都可理解為物體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)．

二、共點(diǎn)力

假如幾個(gè)力的作用點(diǎn)相同，或作用線(或反向延長(zhǎng)線)交于一點(diǎn)，這幾個(gè)力就叫做共點(diǎn)力．

三、共點(diǎn)力的平衡條件

從牛頓第二定律知道，當(dāng)物體所受合力為零時(shí)，加速度為零，物體將保持靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)，即物體處于平衡狀態(tài)，因此，在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零，即．

解題的基本思路和方法：

解物體的平衡問(wèn)題的程序是：確定平衡體，作出受力圖，正交分解好，定向列方程．

第一步確定討論對(duì)象，依據(jù)題意將處于平衡狀態(tài)的物體或結(jié)點(diǎn)作為討論對(duì)象，通常用隔離體法將確定的討論對(duì)象從它所處的環(huán)境中隔離出來(lái)．但有時(shí)要將討論對(duì)象連同它的關(guān)聯(lián)物一起作為討論系統(tǒng)〔整體法〕，反而運(yùn)算方便，請(qǐng)留意討論下文將要給出的例題．

第二步進(jìn)行受力分析，作出討論對(duì)象的受力圖．這一步是解題成敗之關(guān)鍵，務(wù)必細(xì)致周到，不多不漏．〔判斷分析的力是不是正確，可用假定拆除法和條件法來(lái)處理〕

第三步建立坐標(biāo)系或規(guī)定正方向．如何建立合適的坐標(biāo)系，要看問(wèn)題的已知量、未知量而定．原則是要使力與坐標(biāo)軸的夾角簡(jiǎn)約而明確，這樣可使方程明快．坐標(biāo)設(shè)置不當(dāng)，會(huì)引起需要運(yùn)用三角中的和差化積、半角倍角公式等運(yùn)算工具，使計(jì)算大為繁冗．一般選未知量的方向?yàn)樽鴺?biāo)系的正方向?yàn)橐耍⒆鴺?biāo)系后，把不在坐標(biāo)軸上的力用正交分解法分解到坐標(biāo)軸上，并畫出其分力的精確圖示備用．

第四步依據(jù)物體平衡的充要條件列出平衡方程組，運(yùn)算求解．對(duì)結(jié)論進(jìn)行評(píng)估．須要時(shí)對(duì)結(jié)論進(jìn)行爭(zhēng)論．

探究活動(dòng)

重心與平衡

活動(dòng)內(nèi)容：探討重心與平衡的知識(shí)在實(shí)際生活中的應(yīng)用．

活動(dòng)目的：

1、了解考慮物體重心的意義，知道找物體重心的方法．

2、了解物體的平衡狀態(tài)、平衡位置．知道不同平衡位置的穩(wěn)定性不同，穩(wěn)定性與重心的關(guān)系及在生活中的實(shí)際應(yīng)用．

3、激發(fā)同學(xué)愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)的愛(ài)好；培育運(yùn)用物理知識(shí)，分析、解決實(shí)際問(wèn)題的技能．

活動(dòng)預(yù)備：

長(zhǎng)方形的塑料尺、心形卡片、中空的管子〔圓環(huán)〕、煙盒、奶瓶、細(xì)竹竿、硬幣、梯形皮包、支架及茶杯、走索演員在一根高空鋼絲上表演的投影片，在繩索上駕駛摩托車下掛載人“車廂”的投影片．

活動(dòng)過(guò)程：

科學(xué)講座，并進(jìn)行爭(zhēng)論與思索

①你能回答老師給你提出的問(wèn)題嗎？

②你覺(jué)得重心和平衡的知識(shí)在生活中的應(yīng)用廣泛?jiǎn)?？你能舉出實(shí)例嗎？物理學(xué)中的其它知識(shí)呢？

1、分析確定重心的問(wèn)題

重心是重力在物體上的作用點(diǎn)也就是物體各部分所受重力的合力的作用點(diǎn)．

為什么要考慮物體的重心呢？當(dāng)我們盼望一個(gè)物體保持平衡時(shí)，就要用到重心的概念．例如，這里有一把尺子，為了把尺子支撐住，有一個(gè)方法就是把它放在桌子上．這時(shí)，桌子向尺子的各個(gè)部分都施加了支撐力，但是尺子的重力也可以被看作只作用在重心上．我們可以把一個(gè)手指尖放在尺子重心的下面，這時(shí)，僅僅支在一個(gè)點(diǎn)上就能把尺子支撐起來(lái)．你可以用手指尖根據(jù)上述方法使尺子保持平衡．下面，我們將用平衡點(diǎn)作為重心的別名．

①你可以用試驗(yàn)的方法來(lái)查找尺子的平衡點(diǎn)．首先，把尺子放在相互隔開的兩個(gè)食指尖上．然后，漸漸地讓兩個(gè)手指向一起靠攏，方法是先移動(dòng)一個(gè)手指，再移動(dòng)另一個(gè)手指．最末，這兩個(gè)食指將在尺子的中點(diǎn)處靠在一塊．于是，平衡點(diǎn)就是尺子的中點(diǎn)．就是那些非勻稱物體，也可以用這種滑動(dòng)手指的方法找到它們的平衡點(diǎn)．你可以采納同樣的方法，試著找出鉛筆、鋼筆和高爾夫球棒的重心．你將會(huì)很簡(jiǎn)單地找到這些物體的平衡點(diǎn)．但是，在這些狀況下手指每次應(yīng)向前移動(dòng)多少，可能估量得不很恰當(dāng)．你可以先用一把掃帚試著估量一下，然后再進(jìn)行試驗(yàn)．

②查找不規(guī)章外形物的重心，還有一種方法可供運(yùn)用．如查找一個(gè)心形卡片重心的方法是用兩個(gè)手指輕輕地把心形卡片捏起來(lái)，卡片就會(huì)前后擺曳起來(lái)，最終它將靜止下來(lái)．當(dāng)卡片靜止后，通過(guò)手捏卡片的那個(gè)點(diǎn)在卡片上畫一條鉛垂線．用手指在另外一點(diǎn)〔這點(diǎn)不應(yīng)在剛才畫的那條鉛垂線上〕把卡片捏起來(lái)，待卡片靜止后，再畫一條鉛垂線．這兩條線相交的那一點(diǎn)，就是心形卡片的重心或平衡點(diǎn)．當(dāng)你把手指支在這一點(diǎn)的下面，就可以把卡片平衡地支撐起來(lái)．

③任何物體都有一個(gè)重心．人的重心大約是在肚臍的后面、身體的中心處．假設(shè)讓一個(gè)人躺在蹺蹺板上，讓他的肚臍恰好在蹺蹺板支撐點(diǎn)的上方，這樣，人體通常能夠達(dá)到平衡，蹺蹺板的兩端都將不接觸地面．

④一段中空的管子，重心位于管的空心內(nèi)，而不是在制作這管子的材料〔管壁〕上．這是與重心的定義相符合的．重心不肯定要位于物體內(nèi)．假如你試著使一段管子或圓環(huán)達(dá)到平衡，你可以用手指支撐它們的外側(cè)，這是一種不穩(wěn)定的平衡狀態(tài)．假如一段管子處于豎直狀態(tài)或圓環(huán)是處在水平狀態(tài)〔即它們的圓形截面處在水平面內(nèi)〕，又要用一個(gè)手指支撐它們，就需要用一塊硬紙板托在圓環(huán)〔或管子〕下面，再用手指支在紙板上即可．

任何物體的外形和物質(zhì)結(jié)構(gòu)的轉(zhuǎn)變，都可以使它的重心發(fā)生移動(dòng)．當(dāng)我們把尺子從一端削掉一段之后，尺子余下部分的重心，就移動(dòng)到新的位置了．與此相像，假如在尺子的一端粘上一團(tuán)油灰，尺子也有一個(gè)新的平衡點(diǎn)．試問(wèn)，平衡點(diǎn)是朝油灰移動(dòng)，還是朝相反方向移動(dòng)？

2、探討物體平衡的問(wèn)題

對(duì)于一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，當(dāng)共點(diǎn)力的合力為零時(shí)，我們就說(shuō)該物體是處于平衡狀態(tài)．

①例如在地板上放著電冰箱、電冰箱受到重力和支持力的合力為零，我就說(shuō)，電冰箱是處于平衡狀態(tài)．在地面上的任何靜止的物體，都是處于平衡狀態(tài)．

②桌面上的某個(gè)物體，在外力作用下作變速運(yùn)動(dòng)，這物體便不是處于平衡狀態(tài)．在這種狀況下，重力方向仍舊是與支持力的方向相反，但是使物體作變速運(yùn)動(dòng)的外力卻是水平方向的．

③依據(jù)物體外形的不同，各種物體可以有一個(gè)或更多個(gè)平衡位置．讓我們把一枚硬幣放在水平的桌面上，它有兩種平衡位置：讓硬幣的某個(gè)平面接觸桌面，這是一種平衡位置，把硬幣立起來(lái)，讓它的側(cè)面接觸桌面，這是另一種平衡位置．請(qǐng)留意，硬幣有兩個(gè)平面，我們把它們看作是一種平衡位置；讓硬幣的側(cè)面接觸桌面，使它達(dá)到平衡，這種平衡位置可以有很多種狀況，但我們都把它們看成是一種平衡位置．我們?cè)僖詿熀袨槔?，說(shuō)明怎樣分析物體的平衡位置．把煙盒放在水平的桌面上，它有三種平衡位置：一種平衡位置是讓煙盒底面〔或者頂面〕接觸桌面；第二種平衡位置是讓煙盒后面〔或者前面〕接觸桌面；第三種平衡位置是讓煙盒的一個(gè)端面〔或者另一個(gè)端面〕接觸桌面．你能舉出一個(gè)具有四種平衡位置的物體來(lái)嗎？

④假設(shè)某個(gè)物體處于非平衡位置，當(dāng)人們把它放開以后，它將朝著平衡位置運(yùn)動(dòng)．讓我們手持一個(gè)煙盒，在桌子上方將煙盒松開，它將落在桌面上，并將快速地靜立在煙盒的某個(gè)面上．當(dāng)我們做這個(gè)試驗(yàn)時(shí)，你怎樣放開煙盒是沒(méi)有關(guān)系的；不管你是在怎樣的狀態(tài)下放開煙盒，它總是要達(dá)到某個(gè)平衡位置．我們還可以手執(zhí)一枚硬幣將它放下，硬幣落到桌面上以后，也會(huì)達(dá)到它的某一平衡狀態(tài)．

⑤并非全部的平衡位置都相同，各種平衡位置之間的差異，是它們的穩(wěn)定性不同．

3、講解穩(wěn)定平衡問(wèn)題

①迫使一物體產(chǎn)生一個(gè)很小的位置移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)，在引起一陣擺曳以后，它最終將回到原來(lái)的平衡位置，這物體便處于穩(wěn)定平衡狀態(tài)．

桌上放著一個(gè)直立的奶瓶，當(dāng)我們輕輕地推一下瓶的頸部，它便會(huì)前后擺曳，但最終將回到原來(lái)的直立位置．

②與穩(wěn)定平衡相對(duì)立的是不穩(wěn)定平衡．假如使物體產(chǎn)生一個(gè)很小的位置移動(dòng)或運(yùn)動(dòng)，它未能引起擺曳，那么該物體處于不穩(wěn)平衡狀態(tài)．隨之而來(lái)的，是這物體將發(fā)生運(yùn)動(dòng)，到達(dá)另一個(gè)平衡位置．例如，一枚硬幣，當(dāng)它的平面接觸桌面時(shí)，要比它的周邊接觸桌面有較好的穩(wěn)定性．當(dāng)你極其稍微地碰一下硬幣時(shí)，它將前后擺曳，但最末硬幣仍回到原來(lái)的平衡位置．當(dāng)然，假如你用大一點(diǎn)的力碰它，它將會(huì)翻倒，變成硬幣平面接觸桌面．

假設(shè)你現(xiàn)在使一根針或一根細(xì)竹竿直立，并可能使它達(dá)到平衡，這時(shí)，它是處在不穩(wěn)平衡位置．當(dāng)我們給它施加一個(gè)極微弱的力時(shí)，這根針或細(xì)竹竿將會(huì)倒下來(lái)，達(dá)到整個(gè)長(zhǎng)度都接觸地面的新的.平衡狀態(tài)．

③哪些因素決斷了物體的穩(wěn)定程度呢？一個(gè)因素是支持面的大?。?dāng)支持面大時(shí)，平衡的穩(wěn)定性也增大．例如，一個(gè)長(zhǎng)方體的桶，當(dāng)它放倒時(shí)，比它直立時(shí)的穩(wěn)定性要好．再舉一個(gè)例子，有一種冰淇淋盒是圓錐形的，當(dāng)盒里沒(méi)有裝入冰淇淋時(shí)，我們將杯口朝下放在桌上，這時(shí)它的穩(wěn)定性較好；但假如將它錐體的尖端朝下放置，冰淇淋盒的穩(wěn)定性那么很差．事實(shí)上，假如圓錐體的尖端朝下而且達(dá)到平衡，它是處于不穩(wěn)平衡狀態(tài)，這正像任何其它物體平衡于一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)角上，也都屬于不穩(wěn)平衡狀態(tài)．

④決斷物體穩(wěn)定性的另一個(gè)因素是重心相對(duì)于支持面〔或支持點(diǎn)〕的位置．一個(gè)物體，它的重心越低、越是接近支持面，那么穩(wěn)定性越好．我們可舉這樣一個(gè)例子，一個(gè)一般梯形皮包，倒放時(shí)比正放時(shí)的重心位置要高．試問(wèn)：在這種狀況下，重心各在哪里？

近年來(lái)的賽車，為了降低所運(yùn)用的賽車的重心高度，制造出了更加低矮的“低懸掛”型賽車．對(duì)于低懸掛型的賽車來(lái)說(shuō)，由于以下的各種緣由可能造成的翻車事故，是不大簡(jiǎn)單發(fā)生的：賽車在側(cè)向氣流作用下而翻車；在和其它車碰撞后而翻車；以及賽車本身由于某種緣由而產(chǎn)生了橫滑所造成的翻車．換句話說(shuō)，由于低懸掛型賽車在正常行駛狀態(tài)時(shí)重心極低，要把它弄翻，從正常的平衡狀態(tài)，翻到車的側(cè)面著地或車的頂面著地的另一個(gè)平衡狀態(tài)，是不太簡(jiǎn)單的．

⑤假設(shè)一個(gè)物體的重心是在物體支持面的底下，那么，這個(gè)物體的穩(wěn)定性是很強(qiáng)的．把一個(gè)茶杯吊掛在鉤子上，如上圖所示．就是穩(wěn)定平衡的一例．假如你把這茶杯推一下，也不管你是怎樣推法，那么最終這茶杯必定要復(fù)原到原來(lái)的穩(wěn)定平衡狀態(tài)上．

走索演員在一根高空鋼絲上表演的時(shí)候，重心總是在支持面上的，而支持面又很小，怎樣保持穩(wěn)定性呢？它是通過(guò)調(diào)整姿態(tài)，使重心總是在支持面的正上方而保持平衡的．一般的走索演員在表演時(shí)要手持一根長(zhǎng)長(zhǎng)的平衡桿，主要通過(guò)調(diào)整平衡桿的位置來(lái)調(diào)整整體重心的位置，以保持平衡．有閱歷的演員，那么可以不要平衡桿，通過(guò)自己的身體姿態(tài)進(jìn)行調(diào)整，而使身體的重心保持在鋼絲繩的正上方．

活動(dòng)小結(jié)

本科學(xué)講座以豐富多彩的生活實(shí)際展示了物體重心、平衡等問(wèn)題，開闊了同學(xué)視野．只要同學(xué)養(yǎng)成良好習(xí)慣，做一個(gè)有心人，擅長(zhǎng)觀測(cè)，勤于思索，就會(huì)弄懂許多科學(xué)道理，并運(yùn)用所學(xué)的知識(shí)去制造更加美妙的生活！

物理教案：共點(diǎn)力作用下物體的平衡2

教學(xué)目標(biāo)

一、知識(shí)目標(biāo)

1、知道什么叫共點(diǎn)力作用下的平衡狀態(tài)。

2、掌控共點(diǎn)力的平衡條件。

3、會(huì)用共點(diǎn)力的平衡條件解決有關(guān)平衡問(wèn)題。

二、技能目標(biāo)

1、培育同學(xué)應(yīng)用力的矢量合成法那么平行四邊形定那么進(jìn)行力的合成、力的分解的技能。

2、培育同學(xué)全面分析問(wèn)題的技能和推理技能。

三、情感目標(biāo)

1、教會(huì)同學(xué)用辨證觀點(diǎn)看問(wèn)題，體會(huì)團(tuán)結(jié)幫助。

教材分析

1、通過(guò)實(shí)際〔生產(chǎn)生活中〕的例子來(lái)說(shuō)明怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，使同學(xué)全面理解平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)。

2、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件在實(shí)際中的應(yīng)用，是本節(jié)課教學(xué)的重點(diǎn)。對(duì)于不同類型的平衡問(wèn)題，如何依據(jù)平衡條件建立方程，對(duì)于同學(xué)來(lái)說(shuō)是學(xué)習(xí)中的難點(diǎn)。(平衡系統(tǒng)中取一個(gè)物體為討論對(duì)象，即隔離體法處理；取二以上物體為討論對(duì)象，即整體法處理。建立方程時(shí)可利用矢量三角形法或多邊形法的合成和正交分解法來(lái)處理。)

教法建議

1、本節(jié)例題的教學(xué)重在引導(dǎo)同學(xué)學(xué)習(xí)分析方法。由于同學(xué)已經(jīng)掌控了動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般分析方法，教學(xué)時(shí)可先回顧動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析方法，然后引導(dǎo)同學(xué)遷移到靜力學(xué)問(wèn)題中去。

2、本節(jié)例題代表了兩種典型的靜力學(xué)問(wèn)題。建議教學(xué)中引導(dǎo)同學(xué)做出小結(jié)。

教學(xué)設(shè)計(jì)方案

第一節(jié)共點(diǎn)力作用下物體的平衡

一、平衡狀態(tài)

假如物體保持靜止或者做勻速直線運(yùn)動(dòng)，那么這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)。由此可見(jiàn)，平衡狀態(tài)分兩種狀況：一種是靜態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速度，物體的加速度；另一種是動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，物體運(yùn)動(dòng)的速度，物體的加速度。

留意：

1、物體的瞬時(shí)速度為零時(shí)，物體不肯定處于平衡狀態(tài)．例如，將物體豎直上拋，物體上升到最高點(diǎn)時(shí)，其瞬時(shí)速度，但物體并不能保持靜止?fàn)顟B(tài)，物體在重力作用下將向下運(yùn)動(dòng)，由牛頓第二定律可得，物體此時(shí)的加速度，只有當(dāng)物體能保持靜止?fàn)顟B(tài)即其加速度也為零，物體才是處于靜平衡狀態(tài)。

2、物理中的緩慢移動(dòng)可認(rèn)為物體的移動(dòng)速度很小