共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用物理教案

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教學(xué)目標(biāo)

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、掌握共點(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．

能力目標(biāo)

1、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)用力的矢量合成法則平行四邊形定則進(jìn)行力的合成、力的分解的能力．

2、培養(yǎng)學(xué)生全面分析問(wèn)題的能力和推理能力．

情感目標(biāo)

1、教會(huì)學(xué)生用辨證觀點(diǎn)看問(wèn)題，體會(huì)團(tuán)結(jié)協(xié)助．

典型例題

關(guān)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(qǐng)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(diǎn)力平衡條件決定，關(guān)于這一點(diǎn)一定要與學(xué)生共同分析說(shuō)明清楚．

2、方法2——用分解法

理論上物塊受的每一個(gè)力都可分解，但實(shí)際解題時(shí)要根據(jù)實(shí)際受力情況來(lái)確定分解哪個(gè)力(被確定分解的力所分解的力大小方向要明確簡(jiǎn)單易于計(jì)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(jiǎn)便．

為了學(xué)生能真正掌握物體的受力分析能力，要求學(xué)生全面分析使用力的合成法和力的分解法，要有一定數(shù)量的訓(xùn)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(qǐng)分析物塊受力并分析當(dāng)傾角慢慢減小到零的過(guò)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(guān)于這一點(diǎn)學(xué)生非常清楚)，根據(jù)數(shù)學(xué)的知識(shí)的分析可以知道當(dāng)傾角慢慢減小到零的過(guò)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(dāng)?shù)臅r(shí)候，提醒學(xué)生分析的方法和結(jié)論；提醒學(xué)生極限法的應(yīng)用，即傾角等于零時(shí)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(dòng)摩擦因數(shù)為，請(qǐng)分析物塊受力的方向并分析當(dāng)傾角慢慢由零增大到90°的過(guò)程，物塊對(duì)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(shí)，只受兩個(gè)力重力和斜面給的支持力，此時(shí)沒(méi)有摩擦力；

時(shí)，物塊只受一個(gè)力，物塊的重力．(此亦為極限法處理)．

借此，和學(xué)生一起分析，可知物塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是變化的，既開(kāi)始時(shí)物塊靜止在斜面上，這時(shí)物塊受三個(gè)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(shí)，物塊開(kāi)始滑動(dòng)，此時(shí)物塊依舊受三個(gè)力，物塊的重力，斜面給物塊的支持力和斜面給物塊的滑動(dòng)摩擦力．物塊處于加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)．(這里學(xué)習(xí)應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的分段處理方法)．在此基礎(chǔ)上分析每個(gè)力的大小變化情況．(利用物體平衡條件和滑動(dòng)摩擦力的性質(zhì)來(lái)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(zhì)量為的物體，用水平細(xì)繩拉著，靜止在傾角為的光滑固定斜面上，求物體對(duì)斜面的壓力的大小．如圖所示．解：解決力學(xué)問(wèn)題首先對(duì)（研究對(duì)象）物體進(jìn)行受力分析，物體在斜面上受三個(gè)力：重力、支持力、繩的拉力．以作用點(diǎn)為原點(diǎn)建立如圖所示的平面直角坐標(biāo)系．

由平衡條件即，（找準(zhǔn)邊角關(guān)系）可得：

由此得到斜面對(duì)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(guān)系）可知：

物體對(duì)斜面的壓力的大小為：

探究活動(dòng)

作圖法

根據(jù)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(gè)力的合力或去求合力的某一個(gè)分力．利用作圖法解決共點(diǎn)力作用下物體的平衡問(wèn)題，雖然此種方法簡(jiǎn)潔、直觀、方便，但由于在利用作圖法過(guò)程中誤差的存在（包括作圖誤差、視圖誤差、測(cè)量誤差等）不可避免，得到的結(jié)果太粗糙．因此，我們?cè)诮忸}時(shí)一般不用作圖法．而只是在探討力的變化規(guī)律及相互關(guān)系時(shí)使用．

題1驗(yàn)證兩個(gè)分力和合力的關(guān)系遵從平行四邊形定則

題2探討隨著兩個(gè)共點(diǎn)力大小及夾角發(fā)生變化時(shí)合力的變化規(guī)律

上面兩個(gè)例題請(qǐng)同學(xué)們自己用直尺動(dòng)手作一下實(shí)地的研究．

教學(xué)目標(biāo)

1、知識(shí)目標(biāo)：

（1）知道牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍；

（2）知道質(zhì)量和速度的關(guān)系，知道在高速運(yùn)動(dòng)中必須考慮質(zhì)量隨速度而變化．

2、能力目標(biāo)：培養(yǎng)自學(xué)能力；培養(yǎng)學(xué)生查找資料、合理使用資料的能力．

3、情感目標(biāo)：培養(yǎng)學(xué)生學(xué)習(xí)興趣，開(kāi)闊視野．

教學(xué)建議

教材分析

本節(jié)簡(jiǎn)介了牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍，同時(shí)提出了物體的質(zhì)量是隨其運(yùn)動(dòng)速度的增大而增大的，并不是固定不變的，這實(shí)際上是有關(guān)靜質(zhì)量和動(dòng)質(zhì)量的問(wèn)題．有了這個(gè)觀念，就為后來(lái)學(xué)到愛(ài)因斯坦質(zhì)能方程和相對(duì)論的有關(guān)知識(shí)打下一個(gè)基礎(chǔ)．

教法建議

在提出問(wèn)題后讓學(xué)生自學(xué)，并回答問(wèn)題．讓學(xué)生在課后自己查找感興趣的相關(guān)資料，并撰寫(xiě)小論文．一方面加深對(duì)知識(shí)的認(rèn)識(shí)和理解，凡事不絕對(duì)化；另一方面培養(yǎng)學(xué)生自我學(xué)習(xí)能力、文字表述能力、資料綜合、概括能力．

教學(xué)設(shè)計(jì)示例

教學(xué)重點(diǎn)：牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍；質(zhì)量和速度的關(guān)系．

教學(xué)難點(diǎn)：同上（本節(jié)要求不高，學(xué)生深入理解困難）．

示例：

自學(xué)．

提出問(wèn)題：1、本節(jié)書(shū)是從哪兩個(gè)角度討論牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍的？2、牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍是什么？3、我們?cè)谟懻撐锢韱?wèn)題時(shí)，一直認(rèn)為物體的質(zhì)量是固定不變的，這個(gè)觀點(diǎn)正確嗎？應(yīng)該怎樣理解？

回答問(wèn)題：

1、答：以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)要受到質(zhì)點(diǎn)速率和量子現(xiàn)象（波粒二象性）的限制．（學(xué)生情況好，可簡(jiǎn)單提提量子化）

2、答：以牛頓運(yùn)動(dòng)定律為基礎(chǔ)的經(jīng)典力學(xué)只適用于解決低速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題，不適用于處理高速運(yùn)動(dòng)問(wèn)題；只適用于宏觀物體，一般不適用于微觀粒子．

3、答：愛(ài)因斯坦相對(duì)論中指出：物體質(zhì)量隨速度的增大而增大，但在低速運(yùn)動(dòng)中，質(zhì)量增大的十分微小，可以認(rèn)為不變．

（相對(duì)論中的質(zhì)量－速度公式：）

探究活動(dòng)

1、內(nèi)容：讓學(xué)生選擇“關(guān)于牛頓運(yùn)動(dòng)定律的適用范圍”的感興趣的一個(gè)內(nèi)容，查資料，寫(xiě)一篇小論文．例如：研究為什么物體在高速運(yùn)動(dòng)中的受力情況不滿(mǎn)足牛頓運(yùn)動(dòng)定律？什么是微觀粒子，“經(jīng)典力學(xué)不適用于微觀粒子”應(yīng)該怎樣認(rèn)識(shí)？

2、評(píng)價(jià)：拓展學(xué)生視野，防止凡事絕對(duì)化．學(xué)會(huì)篩選、整理資料，并清晰的表達(dá)出來(lái)