第四章物体的平衡

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1、全日制普通高级中学教材高一物理（必修）教案第四章 物体的平衡第一节 共点力作用下物体的平衡教学目标：一、知识目标1、知道什么是共点力作用下物体的平衡状态；2、掌握共点力的平衡条件。二、能力目标：通过观察三个共点力平衡的演示实验，推出共点力作用下物体的平衡条件，培养学生的观察能力，分析推理能力。三、德育目标通过共点力平衡条件的得出过程，培养学生理论联系实际的观点。教学重点1：共点力作用下物体的平衡状态。2：共点力的平衡条件。教学难点：共点力的平衡条件。教学方法：实验法、归纳法、讲练法教学用具：演示物体一个，弹簧秤三个教学步骤：一、导入新课：生活中的物体有的处于平衡状态，有的处于非平衡状态；其中物

2、体的平衡状态比较常见，而且很有实际意义。那么：什么是物体的平衡状态，物体在什么条件下才能处于平衡状态呢？本章我们就来学习这方面的问题。本节课我们就来学习共点力的平衡条件。二、新课教学（一）用投影片出示本节课的学习目标：1：了解共点力作用下物体平衡的概念；2：理解共点力的平衡条件。（二）学习目标完成过程：1：共点力作用下物体的平衡状态。（1）复习什么是共点力：几个力都作用在物体的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力就叫做共点力。（2）介绍物体在共点力作用下的平衡状态。a：一个物体在共点力的作用下，如果保持静止或者做匀速直线运动，我们就说这个物体处于平衡状态。b：请学生举例：哪些物体属于

3、在共点力作用处于平衡状态。c：同学们刚才举的例子中，有的物体在两个力作用下处于平衡，有的物体在三个力的作用下处于平衡。那么，在共点力作用下的物体在什么条件下才能处于平衡状态呢？2：共点力作用下物体的平衡条件（1）理论推导：从牛顿第二定律知道：当物体所受合力为零时，加速度为零，物体将保持静止或者做匀速直线运动，即物体处于平衡状态，所以：在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零。即F合0（2）平衡条件的实验验证：a：请三位同学把三个弹簧秤的挂钩挂到同一个物体，分别向三个方向弹簧秤，记下弹簧秤的示数和方向。注意：用力不能太大，以免超出弹性限度。b：请同志们按各力的大小和方向作出力的图示，根据力的平行四

4、边形法则，求出三个力的合力。c：请几位同学说明作图得到的结果：这三个力的合力为零（在误差范围内）；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。三、巩固训练：（1）一个物体在共点力的作用下处于平衡状态，那么这个物体一定保持 。（2）在共点力作用下物体的平衡条件是 ，此时物体的加速度等于 。（3）下列关于质点处于平衡状态的论述，正确的是 。A：质点一定不受力的作用；B：质点一定没有加速度；c：质点一定没有速度；d：质点一定保持静止。（4）要使物体保持平衡状态，作用在物体上的力必须满足一定的条件，这个条件就叫做 。四、小结1：本节课我们学习了共点力的平衡条件是F合0；2：平衡状态

5、的二个特征是：a0；速度v恒定；3、物体所受的合力为零，在正交分解时常采用：Fx合=0; Fy合=0五、作业一个物体受到五个共点力F1、F2、F3、F4、F5的作用，处于平平衡。1：如果将F3撤去，而其他力保持不变，则F1、F2、F4、F5的合力是多大？方向如何？2：如果将F2、F5两个力撤去，而其余力保持不变，则F1、F3、F4的合力在什么范围内？六、板书设计：第二课时：共点力平衡条件的应用 教学目标： 一、知识目标 1：能用共点力的平衡条件，解决有关力的平衡问题； 2：进一步学习受力分析，正交分解等方法。 二、能力目标： 学会使用共点力平衡条件解决共点力作用下物体平衡的思路和方法，培养学生

6、灵活分析和解决问题的能力。 三、德育目标： 培养学生明确具体问题具体分析： 教学重点： 共点力平衡条件的应用 教学难点： 受力分析、正交分解、共点力平衡条件的综合应用。 教学方法： 讲练法、归纳法教学用具：投影仪、投影片 教学步骤： 一、导入新课 1：用同应片出示复合题： （1）如果一个物体能够保持 或 ，我们就说物体处于平衡状态。 （2）当物体处于平衡状态时： a：物体所受各个力的合力等于 ，这就是物体在共点力作用下的平衡条件。 b：它所受的某一个力与它所受的其余外力的合力关系是 。 2：学生回答问题后，师进行评价和纠正。 3：引入：本节课我们来运用共点力的平衡条件求解一些实际问题。 二：新

7、课教学 （一）用投影片出示本节课的学习目标： 1：熟练运用共点力的平衡条件，解决平衡状态下有关力的计算。 2：进一步熟练受力分析的方法。 （二）学习目标完成过程： 1：共点力作用下物体的平衡条件的应用举例： （1）用投影片出示例题1： 如图所示：细线的一端固定于A点，线的中点挂一质量为m的物体，另一端B用手拉住，当AO与竖直方向成角，OB沿水平方向时，AO及BO对O点的拉力分别是多大？ （2）师解析本题：先以物体m为研究对象，它受到两个力，即重力和悬线的拉力，因为物体处于平衡状态，所以悬线中的拉力大小为Fmg。 再取O点为研究对像，该点受三个力的作用，即AO对O点的拉力F1，BO对O点的拉力F

8、2，悬线对O点的拉力F，如图所示：a：用力的分解法求解：将Fmg沿F1和F2的反方向分解，得到得到b：用正交分解合成法求解建立平面直角坐标系 由Fx合=0;及Fy合=0得到:解得: 2：结合例题总结求解共点力作用下平衡问题的解题步骤： （1）确定研究对象 （2）对研究对象进行受力分析，并画受力图； （3）据物体的受力和已知条件，采用力的合成、分解、图解、正交分解法，确定解题方法； （4）解方程，进行讨论和计算。 3：学生用上述方法求解课本上例1，并抽查部分同学的答案在投影仪上进行评析。 4：讲解有关斜面问题的处理方法： （1）学生阅读课本例2，并审题； （2）分析本题； a：定物体A为研究对于

9、； b：对物体A进行受力分析。 物体A共受四个力的作用：竖直向下的重力G，水平向右的力F1，垂直于斜面斜向上方的支持力F2，平行于斜面向上的滑动摩擦里F3，其中G和F1是已知的，由滑动摩擦定律F3uF2可知，求得F2和F3，就可以求出u。 c：画出物体的受力图： d：本题采用正交分解法： 对于斜面，常取平行于斜面的方向为x轴，垂直于斜面的方向为y轴，将力沿这两个方向分解，应用平衡条件求解： e：用投影片展示本题的解题过程： 解：取平行于斜面的方向为x轴，垂直于斜面的方向为y轴，分别在这两个方向上应用平衡条件求解，由平衡条件可知，在这两个方向深的合力Fx合和Fy合应分别等于零，即 5：巩固训练：

10、如图所示：重为G10N的小球在竖直挡板作用下静止在倾角为=30o的光滑斜面上，已知挡板也是光滑的，求： （1）挡板对小球弹力的大小； （2）斜面对小球弹力的大小。 三、小结本节课我们主要学习了以下几点： 1：应用共点力平衡条件解题时常用的方法-力的合成法、力的分解法、正交分解法 2：解共点力作用下物体平衡问题的一般步骤： （1）定研究对象； （2）对所选研究对象进行受力分析，并画出受力示意图 （3）分析研究对象是否处于平衡状态； （4）运用平衡条件，选用适当方法， 列出平衡方程求解。四、作业，练习一的1、2、3、4题 五、板书设计：第三课时：有固定转动轴的物体的平衡 教学目标： 一、知识目标

11、1：知道什么是转动轴和有固定转动轴的物体的平衡状态。 2：掌握力臂的概念，会计算力矩。 3：理解有固定转动轴的物体的平衡条件。 二、能力目标： 通过有固定转动轴的物体的平衡条件的得到过程，培养学生的概括能力和分析推理能力。 三、德育目标： 使学生了解物理学的研究方法 教学重点： 1：什么是转动平衡； 2：有固定转动轴的物体的平衡条件。 教学难点： 力矩的概念及物体的转动方向的确定。 教学方法： 实验法、归纳法、讲授法 教学用具： 力矩盘、钩码、弹簧秤、投影仪、投影片 教学步骤： 一、导入新课： 1：复习：前边我们共同学习了物体在共点力作用下的平衡条件及其应用，请同志们回答以下问题： （1）什么

12、是共点力作用下物体的平衡状态？ （2）在共点力作用下物体的平衡条件是什么？ 2：引入：本节课我们来学习另外一种平衡转动平衡 二、新课教学 （一）用投影片出示本节课的学习目标： 1：了解转动平衡的概念 2：理解力臂和力矩的概念 3：理解有固定转动轴的物体的平衡条件 （二）学习目标完成过程： 1：转动平衡 （1）举例：生活中，我们常见到有许多物体在力的作用下转动；例如：门、砂轮、电唱机的唱盘，电动机的转子等； （2）引导学生分析上述转动物体的共同特点，即上述物体转动之后，物体上的各点都沿圆周运动，但所有各点做圆周运动的中心在同一直线上，这条直线就叫转动轴。 （3）介绍什么是转动平衡。 一个有固定转

13、动轴的物体，在力的作用下，如果保持静止，我们就说这个物体处于转动平衡状态。 （4）课堂讨论：举几个物体处于转动平衡状态的实例。 2：力矩： （1）引言：通过上面例子的分析，我们知道，力可以使物体转动，那么力对物体的转动作用跟什么有关系呢？ （2）举例： a：推门时，如果在离转轴不远的地方推，用比较大的力才能把门推开；在离转动轴较远的地方推门，用比较小的力就能把门推开。 b：用手直接拧螺帽，不能把它拧紧；用扳手来拧，就容易拧紧了。 （3）总结得到：力越大，力和转动轴之间的距离越大，力的转动作用就越大。 （4）力臂： a：力和转动轴之间的距离，即从转动轴到力的作用线的距离，叫做力臂。 b：力臂的找

14、法： 一轴：即先找到转动轴； 二线：找到力的作用线； 三垂直：即从转轴向力的作用线做垂线，则转轴和垂足之间的举例就是该力的力臂。 c：巩固训练： 画出右图中各个力的力臂： (5）力矩： a：定义：力F与其力臂L的乘积叫做力对转动轴的力矩。用字母M表示。 b：共识：MFL。 c：单位：牛米（Nm） （6）课堂讨论： 如何用力矩把初中学习过的杠杆平衡条件表示出来？ 3：力矩的平衡： （1）引言：刚才我们用力矩表示出了杠杆的平衡条件，这是力矩平衡的最简单的情形，那么力矩的一般平衡条件是什么呢？ （2）实验： 把力矩盘放好，使其内绕固定轴转动，按图示方法使盘在F1、F2、F3的作用下处于静止状态（即平

15、衡状态），量出这三个力的力臂L1、L2和L3，分别计算使圆盘向顺时针方向转动的力矩M1F1L1，M2F2L2，及使圆盘向逆时针方向转动的力矩M3F3L3，总结有什么规律。改变力的作用位置和大小重新做两次。 （3）总结得到力矩的平衡条件 a：实验总结：当所有使物体向顺时针方向转动的力矩之和等于所有使物体向逆时针方向转动的力矩之和时，物体处于转动平衡状态。 b：通常规定使物体沿逆时针方向转动的力矩为正，使物体向顺时针方向转动的力矩为负； c：力矩的平衡条件： 有固定转动轴物体的平衡条件是力矩的代数和等于零。 即M1M2M30。 或者：M合0 （4）说明什么是力矩的平衡：作用在物体上几个力的合力矩为

16、零时的情形叫力矩的平衡。 4：巩固训练如图所示，一根质量为M的均匀铁棒，它可以绕O点自由转动，现用力F沿水平方向将OA棒缓慢地拉到图示虚线位置的过程中，以下说法正确的是 。 A：重力不变，重力力臂不变，重力力矩变小； B：重力不变，重力力臂变长，重力力矩变大； C：F不变，F的力臂变长，F的力矩变大； D：F变大，F的力臂变短，F的力矩变大。 三、小结 本节课我们主要学习了： 1：转动平衡：一个有固定转动轴的物体，在力的作用下如果保持静止状态或匀速转动，我们称这个物体处于转动平衡状态。 2：力臂及其找法 3：力矩及力矩的平衡。四、作业：课本练习二 五、板书设计：第四课时：力矩平衡条件的应用 教

17、学目标： 一、知识目标： 1：理解有固定转动轴的物体的平衡条件； 2：能应用力矩平衡条件处理有关问题。 二、能力目标： 1：学会用数学知识处理物理问题； 2：进一步熟悉对物体的受力分析。 三、德育目标： 使学生学会要具体问题具体分析教学重点：力矩平衡条件的应用 教学难点： 用力矩平衡条件如何正确地分析和解决问题教学方法：讲授法、归纳法 教学用具： 投影仪、投影片 教学步骤： 一、导入新课 1用投影片出示下列思考题： （1）什么是力矩的平衡？ （2）有固定准确轴的物体的平衡条件是什么？ 2、本节课我们继续学习运动有固定转动轴的物体的平衡求解问题的方法。 二、新课教学 （一）用投影片出示本节课的学

18、习目标： 1：熟练应用力矩平衡条件解决有固定转动轴物体在转动平衡状态下的有关问题。 2：进一步提高受力分析的能力。 （二）学习目标完成过程： 1：用投影片出示例题1：如图：BO是一根质量均匀的横梁，重量G180N，BO的一端安在B点，可绕通过B点且垂直于纸面的轴转动，另一端用钢绳AO拉着横梁保持水平，与钢绳的夹角，在横梁的O点挂一个重物，重要G2240N，求钢绳对横梁的拉力F1： a：分析 （1）本题中的横梁是一个有固定转动轴的物体； （2）分析横梁的受力：拉力F1，重力G1，拉力F2； （3）找到三个力的力臂并写出各自的力矩： F1的力矩： G1的力矩： F2的力矩： b：指导学生写出解题过

19、程： c：用投影片展示正确的解题过程如下：解：据力矩平衡条件有：由此得：d：巩固训练： 如图所示，OAB是一弯成直角的杠杆，可绕过O点垂直于纸面的轴转动，杆OA长30cm，AB段长为40cm，杆的质量分布均匀，已知OAB的总质量为7kg，现在施加一个外力F，使杆的AB段保持水平，则该力作用于杆上哪一点，什么方向可使F最小？ 2：用投影片出示例题2： 一辆汽车重1.2104N，使它的前轮压在地秤上，测得的结果为6.7103N，汽车前后轮之间的举例是2.7m，求汽车重心的位置，（即求前轮或后轮与地面接触点到重力作用线的距离） （1）分析：汽车可看作有固定转动轴的物体，若将后轮与地面的接触处作为转动

20、轴，则汽车受到以下力矩的作用：一是重力G的力矩；二是前轮受到的地秤对它的支持力的力矩；汽车在两个力矩的作用下保持平衡，利用转动平衡条件即可求出重心的位置。 （2）注意向学生交代清： a：地秤的示数指示的是车对地秤压力的大小； b：据牛顿第二定律得到车前轮受到的支持力的大小也等于地秤的示数。 （3）学生写出本题的解题步骤，并和课本比较； （4）讨论：为什么不将前轮与地秤接触处作为转动轴？ 将前轮与地秤接触处作为转动轴，将会使已知力的力臂等于0，而另一个力（即后轮与地秤间的作用力）又是未知的，最后无法求解。 （5）巩固训练一块均匀木板MN长L15cm，G1400N，搁在相距D8m的两个支架A、B上，MANB，重G2600N的人从A向B走去，如图：问人走过B点多远时，木板会翘起来？ 三、小结： 本节课我们主要学习了运用力矩平衡条件解题的方法： 1：确定研究对象： 2：分析研究对象的受力情况，找出每一个力的力臂，分析每一个力矩的转动方向； 3：据力矩平衡条件建立方程M合0或M顺M逆 4：解方程，对结果进行必要的讨论。四、作业：练习二 五：板书设计：