高一物理共點力平衡條件的應用教學設計

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高一物理共點力平衡條件的應用教學設計

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高一物理共點力平衡條件的應用教學設計

　　教學目標

　　知識目標

　　1、知道什么叫共點力作用下的平衡狀態.

　　2、掌握共點力的平衡條件.

　　3、會用共點力的平衡條件解決有關平衡問題.

　　能力目標

　　1、培養學生應用力的矢量合成法則平行四邊形定則進行力的合成、力的分解的能力.

　　2、培養學生全面分析問題的能力和推理能力.

　　情感目標

　　1、教會學生用辨證觀點看問題，體會團結協助.

　　典型例題

　　關于斜面物體的摩擦力的兩種分析方法以及拓展

　　例1 如圖，一物塊靜止在傾角為37°的斜面上，物塊的重力為20N，請分析物塊受力并求其大小.

　　分析：物塊受豎直向下的重力，斜面給物塊的垂直斜面向上的支持力，斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力 .

　　解：

　　1、方法1——用合成法

　　(1)合成支持力和靜摩擦力，其合力的方向豎直向上，大小與物塊重力大小相等;

　　(2)合成重力和支持力，其合力的方向沿斜面向下，大小與斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力的大小相等;

　　(3)合成斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力和重力，其合力的方向垂直斜面向下，大小與斜面給物塊的垂直斜面向上的支持力的大小相等.

　　合成法的講解要注意合力的方向的確定是唯一的，這有共點力平衡條件決定，關于這一點一定要與學生共同分析說明清楚.

　　2、方法2——用分解法

　　理論上物塊受的每一個力都可分解，但實際解題時要根據實際受力情況來確定分解哪個力(被確定分解的力所分解的力大小方向要明確簡單易于計算)，本題正交分解物塊所受的重力，利用平衡條件，列方程較為簡便.

　　為了學生能真正掌握物體的受力分析能力，要求學生全面分析使用力的合成法和力的分解法，要有一定數量的訓練.

　　方法2的拓展1：一物塊靜止在傾角為的斜面上，物塊的重力為，請分析物塊受力并分析當傾角慢慢減小到零的過程其大小的變化情況.

　　解：依題意用分解法將物塊受的重力正交分解，利用，的平衡條件，得斜面給物塊的垂直斜面向上的支持力的大小為，

　　斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力的大小 .

　　物塊受的重力是不變的(關于這一點學生非常清楚)，根據數學的知識的分析可以知道當傾角慢慢減小到零的過程，

　　逐漸增大，最后等于物塊的重力 ;

　　逐漸減小，最后等于零.

　　適當的時候，提醒學生分析的方法和結論;提醒學生極限法的應用，即傾角等于零時的極限情況下分析題目.

　　方法2的拓展2：一物塊放在傾角為的斜面上，物塊的重力為，斜面與物塊的動摩擦因數為，請分析物塊受力的方向并分析當傾角慢慢由零增大到90°的過程，物塊對斜面的壓力受到的摩擦力其大小的變化情況.

　　分析物塊受力：時，只受兩個力重力和斜面給的支持力，此時沒有摩擦力;

　　時，物塊只受一個力，物塊的重力 .(此亦為極限法處理).

　　借此，和學生一起分析，可知物塊的運動狀態是變化的，既開始時物塊靜止在斜面上，這時物塊受三個力.

　　物塊的重力，斜面給物塊的支持力和斜面給物塊的靜摩擦力 .

　　在斜面給物塊的靜摩擦力等于物塊的下滑力時，物塊開始滑動，此時物塊依舊受三個力，物塊的重力，斜面給物塊的支持力和斜面給物塊的滑動摩擦力 .物塊處于加速運動狀態.(這里學習應用了運動性質的分段處理方法).在此基礎上分析每個力的大小變化情況.(利用物體平衡條件和滑動摩擦力的性質來分析求解).

　　重力大小不變;斜面給物塊的支持力的大小逐漸減小;斜面給物塊的摩擦力的大小是先增大后減小.

　　利用正交分解分析物體的受力情況

　　例2 質量為的物體，用水平細繩拉著，靜止在傾角為的光滑固定斜面上，求物體對斜面的壓力的大小.如圖所示.

　　解：解決力學問題首先對(研究對象)物體進行受力分析，物體在斜面上受三個力：重力、支持力、繩的拉力.以作用點為原點建立如圖所示的平面直角坐標系.

　　由平衡條件即， (找準邊角關系)可得：

　　由此得到斜對物體的垂直作用力為：

　　由牛頓第三定律(作用力和反作用力的關系)可知：

　　物體對斜面的壓力的大小為：

　　探究活動

　　作圖法

　　根據力的平行四邊形定則，利用直尺(一般常用的是毫米刻度尺)去求幾個力的合力或去求合力的某一個分力.利用作圖法解決共點力作用下物體的平衡問題，雖然此種方法簡潔、直觀、方便，但由于在利用作圖法過程中誤差的存在(包括作圖誤差、視圖誤差、測量誤差等)不可避免，得到的結果太粗糙.因此，我們在解題時一般不用作圖法.而只是在探討力的變化規律及相互關系時使用.

　　題1　驗證兩個分力和合力的關系遵從平行四邊形定則

　　題2　探討隨著兩個共點力大小及夾角發生變化時合力的變化規律

　　上面兩個例題請同學們自己用直尺動手作一下實地的研究.

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