3.5 共点力的平衡条件 教案（粤教版必修1）
教学重点 共点力作用下物体的平衡状态；共点力的平衡条件. 教学难点 共点力的平衡条件.
教学方法 探究式、讨论式、互动式. 教学用具 弹簧若干，课件 课时安排 2课时
三维目标
知识与技能
1.认识共点力.知道什么是共点力作用下物体的平衡状态. 2.知道平衡状态的特征. 3.知道共点力的平衡条件.
4.用力的合成与分解分析日常生活中的问题. 过程与方法
本节通过实验进行.在教学中可以通过边教边实验课型实施,通过演示实验及学生自己动手做实验,培养学生的推理分析能力、观察能力和动手能力.教师要指导学生认真做好实验,减小误差是本节课成功的关键.通过实验总结共点力的平衡条件,掌握运用共点力平衡条件分析问题的方法. 情感态度与价值观
通过实验和“讨论与交流”，培养学生积极主动探究知识的态度，同时培养协同意识与合作精神.体会从特殊到一般、再从一般到特殊的逻辑推理思维方式.
教学过程
导入新课
(用课件展示图片)
师 我们处在一个异彩纷呈的世界里，世界上的物体可谓千姿百态.远古的巨石，经历了千百万年，至今仍然矗立，向人们述说史前的故事.繁忙的现代都市，一切都在高速运转.都市里的人，却自有动中取静的办法，到了大商场里，你只要站着不动，自动扶梯就会安稳匀速地送你上楼下楼.室内摆放的各种物品、雄伟的建筑、扣人心弦地表演着平衡动作的杂技演员和体操运动员、比萨斜塔、血样中缓缓下沉的红血球、发生沙尘暴时在空中徐徐下落的沙尘、挂在降落伞上在空中匀速下降的救灾物资…… 从物理学的角度来看，如果一个物体保持静止或做匀速直线运动，我们就说这个物体是处于平衡状态.这节课我们将要来探讨学习“共点力的平衡条件”. 推进新课 一、共点力
师 共点力的概念对学生来说不是难点，主要是为后面的实验提供的必需知识.在这里可以由教师直接给出共点力的概念:如果几个力都作用在物体的同一点上，或者几个力的作用线相交于同一点，这几个力就称为共点力. 二、寻找共点力的平衡条件 实验与探究
(1)器材的选取:如图3-5-1所示装置:轻质小圆环、细绳、钩码若干、画有间距相等的同心圆的纸片、图钉若干、直尺、铅笔等.
图3-5-1
(2)把三根绳一端系在小圆环上,另一端挂上钩码若干,然后使两根绳挂在如图所示装置上,注意使小圆环平衡时其圆心尽可能位于板的中间.引导学生观察:这三个力共面吗?
(3)把画有同心圆的纸片置于圆环后,并使同心圆的圆心O与小圆环的圆心重合后,用图钉固定纸片.
(4)记下三线所悬钩码的数量及三线与纸边的交点A、B、C.
(5)取下纸片,用尺连接OA、OB、OC,根据三根线给圆环的拉力按力的图示法画出这三个力F1、F2、F3.(圆环间距可作为力的比例线段)
(6)分别用平行四边形定则作F1、F2的合力F；F2、F3的合力F′；F1、F3的合力F″.如图3-5-2所示.
图3-5-2
(7)比较F与F3、F′与F1、F″与F2,可发现它们都大小相等,方向相反.
(8)得出三个力平衡的特点是:三力共面,任意两个力的合力必和第三个力等大反向. 结论:物体在三个共点力作用下的平衡条件是:合力为零.
推论:大量的实验表明，物体受多个共点力的作用而处于平衡状态时，也有同样的结论:物体在共点力作用下的平衡条件是所受合外力为零. 下面提供一组探究课题，仅供参考. 探究1:关于移动箱子的疑问
小张和小李到机场去为朋友送行，看到有一些旅客推着旅行箱走，也有一些旅客拉着旅行箱走.小张突然产生了一个想法，他问小李“你说推着旅行箱省力，:还是拉着旅行箱省力？”小李想了一下说:“我看拉着旅行箱走有点别扭，大概是推着省力.”小张说:“不，我看还是拉着省力.”他们两个谁的看法正确呢？
探究分析:用G表示重力，用F1表示拉（推）力，用F2表示地面对箱子的支持力，用f表示摩擦力.箱子受到4个共点力的作用，若箱子与地面之间的动摩擦因数为μ.问题:
（1）在向前拉的情况下，向前的拉力是多少？地面的支持力是多少？摩擦力是多少？能拉动箱子的条件是怎样的？
（2）在向前推的情况下，向前的推力是多少？地面的支持力是多少？摩擦力是多少？能推动箱子的条件是怎样的？
从以上分析你能得出箱子移动难易的道理吗？ 探究2:
密度大于液体密度的固体颗粒，在液体中竖直下沉，开始时是加速下沉，但随着下沉速度变大，固体所受的阻力也变大，故下沉到一定深度后，固体颗粒就会匀速下沉.该实验是研究球形固体颗粒在水中竖直匀速下沉的速度与哪些量有关的实验，实验数据的记录如下表:（水的密度为ρ水=1.0×103 kg/m3） 次序 1 2 3 4 5 6 7 固体球的半径r (m) 0.5×1031.0×1031.5×1030.5×1031.0×1030.5×1031.0×103 固体的密度ρ (kg/cm3) 2.0×1032.0×1032.0×1033.0×1033.0×1034.0×1034.0×103 匀速下沉的速度v (m/s) 0.55 2.20 4.95 1.10 4.40 1.65 6.60 (1)我们假定下沉速度v与重力加速度g成正比,根据以上实验数据,你可以推得球形固体在水中匀速下沉的速度v还与___________有关,其关系式是_____________(比例系数可用k表示).
(2)对匀速下沉的固体球作受力分析,固体球受到浮力(浮力大小等于排开液体的重力)、重力(球体积公式以V=4πr3/3计算)、阻力f.可写出f与v及r的关系式为______________.
解析:(1)由表中数据可以看出球形固体在水中匀速下沉的速度v还与ρ、r有关.其关系式为v=kr2g(ρ－ρ水).
(2)由匀速下沉,满足物体的平衡条件,可得重力等于固体球所受的浮力加球所受的阻力f,故有
4πr3g+f,把固体球的质量m=ρ4πr3 334?rv.
代入上式,结合v=kr2g(ρ－ρ水)可得:f=
3kmg=ρ
水
建议:这是一种开放型题目,它能给学生提供广阔的思维空间,其解答思路没有固定的、现成的模式可循,解题时不能套用常规的思维方法,必须经过积极、主动的思考,自己设计出解题方案,因此需要一定的创新意识和探究能力.这也正是新课程所倡导的.
探究3:现要测定一根尼龙丝能承受的最大拉力F,手头只有一个质量为m的砝码(已知F＞mg)和一把米尺,请:
(1)画出实验方案的示意图;
(2)回答其中需测量的物理量有哪些?
(3)回答尼龙丝能承受的最大拉力F的表达式是怎样的? 解析:(1)实验方案的示意图如图3-5-3所示.
图3-5-3
(2)需要测量的量是:尼龙丝的长L和刚好拉断时两悬点间的距离l.