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《共點力平衡條件的應(yīng)用》導(dǎo)學(xué)案3

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1、共點力平衡條件的應(yīng)用 【教學(xué)課題】 共點力平衡條件的應(yīng)用 【教學(xué)目標(biāo)】 1、知識與技能 ( 1 )知道什么是共點力,及在共點力作用下物體平衡的概念。 ( 2 )理解物體在共點力作用下的平衡條件。 ( 3 )知道我國古代科學(xué)家張衡的相關(guān)科學(xué)成就。 ( 4 )會應(yīng)用實驗研究物體在共點力作用下的平衡條件。 2、過程與方法 ( 1 )在對共點力平衡問題的探究中,感受等效、圖示、歸納推理等科學(xué)方法。 ( 2 )在共點力平衡條件的實驗研究中,感受猜想、方案設(shè)計、實驗探究、分析歸納結(jié)論的 科學(xué)探究方法。 3、情感、態(tài)度與價值觀 ( 1 )在共同的實驗探究過程中,體驗合作,樂于合作

2、。 ( 2 )通過了解張衡的相關(guān)科學(xué)成就,激發(fā)愛國主義情感和對科學(xué)的熱愛。 【課前預(yù)習(xí)】 了解運動和靜止的概念。 【教學(xué)重難點】 重點:共點力作用下物體的平衡條件。 難點:共點力平衡條件的探究過程。 【教學(xué)內(nèi)容】 突破思路 本節(jié)教學(xué)中應(yīng)注意的問題: ( 1 )物體處于平衡狀態(tài),或者靜止或者是勻速直線運動,反過來物體處于靜止或勻速直線 運動, 物體就是處于平衡狀態(tài), 平衡狀態(tài)滿足的條件是合外力為零. 即無論哪個方向上的合 力都是零. 2)有關(guān)研究對象的選取:若問題中只有一個物體,一個過程,研究對象沒有選擇余地, 也就是研究這個物體和這個過程.若問題中是一個連接體,又有

3、多個過程, 首先研究誰,再 研究誰; 是研究一個物體為好還是研究多個物體為好, 這在審題中需要認(rèn)真思考. 總的原則: 首先被研究的應(yīng)該是受力最簡、 已知量足夠多的, 這樣通過研究后又可將研究結(jié)果作為一個 已知條件,為下一次研究創(chuàng)造條件. ( 3 )正交分解求解平衡體,建立坐標(biāo)軸的原則讓盡可能多的力在坐標(biāo)軸上;被分解的力盡 可能是已知力, 不宜分解待求力. 因一個待求力分解變成兩個待求力, 給求解帶來很多不便. ( 4 )平衡分為靜態(tài)平衡和動態(tài)平衡.靜態(tài)平衡是指物體處于靜止?fàn)顟B(tài),動態(tài)平衡指物體勻 速運動,也可指在某方向上處于平衡狀態(tài). 規(guī)律總結(jié) 規(guī)律:共點力平衡條件. 知識:

4、共點力作用下平衡的應(yīng)用. 方法:用平衡條件解題的常用方法: ( 1 )力的三角形法.物體受同一平面內(nèi)三個互不平行的力作用平衡時,這三個力的矢量箭 頭首尾相接,構(gòu)成一個矢量三角形, 反之,若三個力矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形,則 這三個力的合力必為零. ( 2 )力的合成法.物體受三個力作用而平衡時,其中任意兩個力的合成必跟第三個力等大 反向,可利用平行四邊形定則來求解. ( 3 ) 正交分解法.建立合適的坐標(biāo)軸,使更多的力在坐標(biāo)軸上,將不在坐標(biāo)軸上的力分解, 根據(jù)物體處于平衡,列出 x 、 y 軸上的平衡方程來求解. 合作討論 將兩腳左右分開,使兩足間的距離約為 30cm

5、 左右.你能從雙腳站立不變姿勢地改為單足站 立嗎 ?試一試,并說明可能或不可能的原因.仔細體驗一下,你是如何從雙足站立而變?yōu)閱? 足站立的 ? 我的思路: 若保持雙腳站立的姿勢不變改為單足站立,是不可能的.因為兩腳左右分開,使 兩足間的距離約為 30cm 左右,人體的重心和人體在同一個豎直面上,重心的作用線大致落 在兩足中間. 假設(shè)單足站立能夠平衡, 重心的作用線就轉(zhuǎn)移到一只腳上, 在保持姿勢不變的 情況下,是無法做到的. 從雙足站立而變?yōu)閱巫阏玖⒌模?身體應(yīng)逐漸傾斜, 將重心轉(zhuǎn)移到一 只腳上. 思維過程 平衡問題的整體法和隔離法 (1)整體法”:把整個系統(tǒng)作為一個研究對象

6、來分析(即當(dāng)作一個質(zhì)點來考慮) . (2)隔離法”:把系統(tǒng)中各個部分(或某一部分)隔離作為一個單獨的研究對象來分析. 用平衡條件解題的常用方法: (1)力的三角形法.物體受同一平面內(nèi)三個互不平行的力作用平衡時,這三個力的矢量箭 頭首尾相接,構(gòu)成一個矢量三角形, 反之,若三個力矢量箭頭首尾相接恰好構(gòu)成三角形,則 這三個力的合力必為零. (2)力的合成法.物體受三個力作用而平衡時,其中任意兩個力的合成必跟第三個力等大 反向,可利用平行四邊形定則來求解. (3)正交分解法.建立合適的坐標(biāo)軸,使更多的力在坐標(biāo)軸上,將不在坐標(biāo)軸上的力分解, 根據(jù)物體處于平衡,列出 x、y軸上的平衡方程來求解

7、. 【隨堂練習(xí)】 1.粗糙的水平面上疊放著物體 A和B, A和B間的接觸面也是粗糙的, A和B間最大靜摩 擦力為3N, A與地面間的最大靜摩擦力為 4N,同時有F=1N的兩個力分別作用于物體 A 和B上,則B對A的摩擦力大小為( ) A. 1N B. 3N C. 6N D. 2N A " , ■ F 圖5 26 解析:由于外力小于 A和B間最大靜摩擦力以及 A與地面間的最大靜摩擦力,所以 B對A 的摩擦力是靜摩擦力,應(yīng)該與外力等大反向. 答案:A 2.如圖5-27所示,3根質(zhì)量和形狀都相同的光滑圓柱體,它們的重心位置不同,擱在兩 墻上,重心的位置分別是 力,則

8、() A . FN1 < Fn2 V Fn3 C. Fni= Fn2 = Fn3 Fn3分別為圓柱體對墻的壓 圖 5-27 1、2、3標(biāo)出的位置,設(shè) Fn「Fn2、 B. FN1 > F n2 > F n3 D. Fn1= Fn2< Fn3 解析:如果以圓柱體為研究對象,所受彈力的方向不變, 都是垂直于接觸面過球心的, 根據(jù) 對稱性,這兩個接觸面的彈力應(yīng)該一樣大小.由于重心位置不同,所以重力的作用點不同, 但物體都是在重力和兩個彈力的作用處于平衡, 所以可得出不管重心位置在哪, 彈力的大小 都應(yīng)該一樣. 答案:C 3.質(zhì)量為2kg的物體,受到一

9、個平行于斜面向上、 大小為7N的拉力F而靜止在傾角為37° 的斜面上,若斜面與物體間的動摩擦因數(shù)為 0.4,則物體受到的摩擦力是( ) A. 5N B. 6. 4N C. 8N D. 12N 解析:由于物體是靜止的, 所以靜摩擦力的大小應(yīng)該等于 mgsin37 - F = 20X0.6—7= 5N .還 可知靜摩擦力的方向應(yīng)沿斜面向上. 答案:A 【課外拓展】 物體受到的拉力 F與地面對物體的摩擦力的合力是( 1.如圖5— 28所示,物體受到與水平方向成 30。角的拉力F作用向左做勻速直線運動,則 B.向上偏右 A.向上偏左 C.豎直向上 D,豎直向下圖 解

10、析:由于物體作向左的勻速運動,所以如果將力 F分解到水平和豎直方向上,水平方向 的分力Fi與摩擦力等大反向,只剩下豎直向上的分力 F2,所以拉力F與摩擦力的合力是豎 直向上的.本題也可將物體所受的彈力與重力等效為一個豎直向下的力, 這樣物體就受到三 個力的作用,拉力 F與摩擦力的合力應(yīng)該與第三個力等大反向. 答案:C 2.如圖5-29所示,位于斜面上的物塊在沿斜面向上的力的作用下,處于靜止?fàn)顟B(tài),則斜 面作用于物塊的靜摩擦力( A.方向可能沿斜面向上 B.方向可能沿斜面向下 C.大小可能等于零 D.大小可能等于F 解析:由于不知道力F的大小,所以摩擦力的方向 A、B都

11、有可能,如果F=mgsin%摩擦 力就為零;如果 F>mgsin a,摩擦力的方向應(yīng)沿斜面向下; Fvmgsina,摩擦力的方向應(yīng)沿 斜面向上;如果 mgsin a= 2F,此時的摩擦力沿斜面向上等于力 F的大小. 3 .如圖5— 30所示,人站在岸上通過定滑輪用繩牽引小船,若水的阻力恒定不變,則船在 勻速靠岸的過程中,下列說法正確的是( ) G 圖5 30 A .繩的拉力保持不變 B.繩的拉力不斷變大 C.船受到的浮力保持不變 D.船受到的浮力不斷減小 解析:由于船是勻速運動,對船進行受力分析,設(shè)繩子的拉力為了,繩子與水平方向的夾角 為aF為船受的浮力,由于

12、船是勻速運動,所以 Tcos9= f, Tsin 0+ F=G,由于。在變大, 阻力f不變,所以繩子的拉力不斷變大,浮力不斷減小. 答案:BD 圖 5—31 4 .如圖5 — 31所示,質(zhì)量為m的光滑球放在水平面 AB上,并與AC接觸,則球?qū)B面的 壓力大小為 ,對AC面的壓力大小為 . 解析:由于光滑的球處于平衡狀態(tài), 所以只受重力和 AB面對其的彈力,而AC面沒有彈力, 如果有彈力,球?qū)⒉粫庆o止的.所以 AB面對其彈力大小為 mg,即球?qū)B面的壓力為 mg. 答案:mg 0 5 .物體靜止于傾角為 a的斜面上,當(dāng)斜面傾角a變小時,物體受到的支持力變 (填 大”或刃、”),靜摩擦力變 (填 大”或小”). 解析:支持力的大小為 N = mgcos a,靜摩擦力的大小為f= mgsin a,所以當(dāng)a變小時,支持 力變大,靜摩擦力變小. 答案:大小

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