1. 共点力作用下物体的平衡特级教师教学实录

课题

授课班级

共点力作用下物体的平衡

创新17级1班

授课教师

教材

陈振

必修一

指导思想与理论依据

新课程要求高中物理教学要突出科学领域中最基本的一些概念和重要规律。在培养学生基础知识和基本技能的过程中，强化学生关键能力的培养，体现以人为本的教学思想。物理规律的探究需要创设问题情境。学生从情境中发现和提炼问题，对问题的可能答案作出假设，并根据问题情境运用已有知识制订探究计划，选择符合情境要求的实验装置进行实验，获取客观、真实的数据，通过对数据的分析形成关于物理规律的结论。建构主义主张，教学要呈现知识的发生过程，加强知识和实际情景的联系，提高学生对知识的意义构建的理解能力，让学生的认识能力在形成概念、掌握规律的过程中得到充分发展。新课程倡导“自主、合作、探究”的学习方式。

教学内容分析

1. 教学要求

2017年教育部制定的《普通高中物理课程标准》中呈现的与本节相关的内容要求是“能用共点力的平衡条件分析生产生活中的问题”。学业要求是“会使用基本的力学实验器材获取数据，能根据数据得出实验结论，知道实验存在误差”，

“能表达科学探究的过程和结果”。

2. 共点力作用下物体的平衡的具体分析

共点力平衡问题是高中物理的重要内容之一。与质点、位移、速度等这些独立的概念不同，它是涉及力的概念、受力分析、力的合成与分解、列方程运算等多方面物理知识和能力的综合性问题，是整个静力学部分的重点，同时也是难点。平衡思想与守恒思想是解决物理问题的科学思想和基本出发点。而平衡问题中涉及到的各种物理模型，在今后物理学习中会经常遇到，对高一学生来讲，这些都是一些基本的模型素材。所以在设计本节内容时，力求最大程度地发挥学生的主体作用，采取提出问题——猜想假设——实验方案——实验探究——总结结论的方法，带领学生讨论、分析，找出共点力的平衡条件。让学生体会在探究的过程中应用伽利略研究问题的科学方法，通过日常生活中的实例教学和实验教学调动学生学习物理的积极性。

3. 学生学习情况分析

对于物体的平衡问题，通过初中阶段的学习，学生已经有了一定的认识，并且对同一直线上二力平衡的条件有较好的理解，并能较熟练地应用，这对学生学习多个共点力的平衡有一定的帮助。学生在学***衡的规律之前，基于生活经验，形成了大量的经验性常识。在此基础上建构物理规律，需要引导学生在诸多客观情境中发现问题，并对问题进行科学探究，完成从经验性常识到物理规律的转变。对进入高中学段的不久的学生来说，利用实验方法探究物理规律的能力也有待加强。另外，学生对物体的受力分析、力的分解、力的合成的知识掌握得不是很熟练，综合应用能力还比较弱，也需在课堂中逐步提升。

教学目标与重难点

一、教学目标

1. 知道平衡概念，理解物体在平衡力作用下的平衡条件。

2. 通过实验过程的参与，体会科学探究的过程：提出问题——猜想假设——制定计划与设计实验——进行实验与收集证据——分析与论证——评估、交流与合作——总结结论。

3. 通过实验感受等效替代、归纳、力的图示等科学方法，培养学生积极主动探究知识的态度和合作精神。

4. 能利用共点力平衡的知识解释身边的相关现象。

二、教学重点

通过实验探究，得到共点力的平衡条件

三、教学难点

共点力的平衡条件

四、教学资源

弹簧测力计3只，量角器，细线3条，硬纸片1张，白纸2张，铁钉1枚

教学流程

对平衡条件初步认识

制定计划与设计思路

教师指导实验

学生分组实验

分析实验数据

引导学生提出问题

实验探究

得出结论

反馈应用

评估与交流

小结

教学过程

教学环节

回顾旧知

教师活动

今天我们来学***衡，首先我们要明确什么是平衡态？

大家看我手中有一个薄板，如何确定它的重心？理论依据是什么？

展示图片，分别对应的是称体重的小女孩，静止在桌面上的书，和匀速上升的热气球，对于小女孩，书，整个热气球来说，他们都是在两个力作用下的平衡态，这些都是我们初中学习过的二力

平衡。

二力平衡的条件是？

学生活动

通过初中阶段的学习，我们已经知道，静止或匀速运动状态属于平衡态。

悬挂法

二力平衡，拉力作用线的延长线经过重心。

作用在同一物体，大小相等，方向相反，作用在同一直线上。

设计意图

广泛调动学生回顾初中所学的平衡态，以及二力平衡的知识，为后面课题的研究做铺垫。

引入课题

大家注意观察体重秤，对于它来讲，它受到几个力？

我们发现生活中很多物体会受到不止两个力作用。

展示图片。

那么当物体受到多个力，处于平衡状态时，又遵循怎样的规律呢？我们本着由简单到复杂的原则，先来研究一下三力作用下物体处于静止状态时，这三个力在空间和大小方面的关系。

探究三力平衡时，三个力之间存在怎样的关系？

在前面研究自由落体运动时，作为近代实验物理的先驱，伽利略为我们呈现了一套完整的研究问题的方法，

今天我们就用这套方法来研究这个问题。首先

基于发现的问题，我们要先进行猜想和假设。根据下发的课前自主学习任务书，我整理了一下大家的猜想，可以分为以下几种假说：

3个

探究教学

学生猜想：

①共线说

②共面说

对研究的问题开展科学探究，体会研究问题的科学思路和基本方法

实验探究1：三力平衡时，三力是否在一个平面内？

有了这些猜想以后，下面我们就要对他们进行验证。如何来对这些猜想进行实验验证呢？

①

提出问题：

二力平衡时，两个力需要共线，三力平衡时，三力是否也需要共线？是否需要在一个平面内？

②科学猜想

以生活中的物体受力为例。

例如：日光灯、吊环运动员

我们分析其受力情况。

③共点说

④合成说

⑤三角形说

⑥象限说

实验探究2：三力的作用线交点有几个？

这三个力有什么特点？

③研究方案

除了这种平行的特殊情况，物体受三力而平衡时，三力肯定要共面吗？怎样探究这个规律呢？

如何借助实验来进行探究呢？

对方案进行点评，确定研究方案。

④自主探究

四人一组，探究物体受到三力作用静止时，是否需要共面。

⑤交流汇报

得出结论：确实应该共面。

①提出问题：

三力平衡时，三力的作用线交点有几个？（三个力不平行）

②科学猜想

日光灯的重力竖直向下，两根吊杆各给日光灯一个向上的拉力。

这三个力满足两个条件：方向是平行的；大小关系是同向的力和反向的力相等。

生活经验告诉我们，如果不共面，物体会转起来。

利用桌上的硬纸片，硬纸片很轻，可以忽略重力。利用两根细绳使硬纸片处于静止状态，在此基础上，利用细绳施加第三个力，我们可以通过观察细绳在不在同一平面来判定物体受到三力作用静止时是否需要共面。

用小铁钉在硬纸片上随机打三个孔，以备穿线之用。

小组中三人拉细绳，另一人判断。

从特殊到一般，得出结论

实验探究3：三力的大小有怎样的关系呢？

③研究方案

在实验桌上固定一张白纸，在靠近白纸上方且平行白纸处用力拉动三条细线使硬纸片处于静止状态。采用描点方式分别记下三力方向。撤去硬纸片，在白纸上分别画出三力的作用线。改变拉力的方向，重复上述步骤。

④自主探究

教师巡视，指导。

⑤实验结果汇报

教师可利用薄板和两根悬线演示非平行拉力和重力的作用线共点。（先找重心）

⑥得出结论

物体受到的力的作用线或者力的作用线的延长线交于一点。

目前我们得到了物体受到三个非平行力平衡的条件之一是共点力。

共点：力的作用线交于一点

平衡时，物体受到的三力大小应该是什么关系？

根据提示，小组内做以下三组实验。

①在桌面白纸上先画出三条互成120°的三条直线。靠近白纸位置水平拉动三个弹簧测力计，

1）纸片上打的点不在一个地方，所以作用线交点是三个。

2）力的作用线或作用线的延长线相交后才能确定有几个。

3）可能是一个。

分组讨论，总结方法。

学生分组实验

各组汇报成果。

使三个弹簧测力计与三条直线平行，记下弹簧测力计的示数及拉力方向。

②使其中两个弹簧测力计相互垂直，重复上述操作。画出三力的图示，探究三力的大小关系。

③三弹簧测力计之间夹角任意，重复上述操作。

提醒：正确使用弹簧测力计，正确读数。作图时利用好量角器，保留作图的辅助线。

我们现在能否总结一下物体受到三个非平行力作用下处于平衡状态，需要满足什么条件？

总结：

大量的实践和理论推导证明，三力平衡的条件是：

1. 三力平行，同向的力的合力与反向的力相等。F1+F2=F3

2. 三力共点，任意两力的合力和第三力大小相等，方向相反；或者说合力为零。

学生展示作图结果：

①三力大小基本相等（误差）

②在误差允许的范围内，相互垂直的两个力的合力与第三个力大小相等，方向相反。

③任意夹角下，满足两力合力与第三力大小相等，方向相反。

共点力作用，任意两力的合力和第三个力大小相等，方向相反。

反馈练习

如何确定一个质量分布延长两个支持力的作用线，过交点作竖直不均匀的木棒的重心？

延长线交木棒于一点，这一点就是木棒的重心。

拓展应用，及时反馈

课堂小结

本节课你学到了什么？

你还有什么新的思考？

下一节课我们结合具体的问题进一步解决这类问题。

平衡状态，三力的平衡条件

三力平衡问题中的任意两力既不垂直，又不等大，如何求解？

总结提升

教学反思

本节课的教材是以演绎推理的方式呈现的，是由“二力平衡”的条件出发，将“三力平衡”问题通过力的合成过渡为“二力平衡”问题，平衡的条件自然也就是合力为零。这样，往往就会将新课上成习题课。

学生通过初中内容的学习，科学探究的思想对学生产生了很深的影响，关于实验的基本思路，学生很清楚。对于基础较好的学生，他们的学习方式已更趋向于“主动、合作、探究和创新”。参照伽利略对问题的研究方法，让学生结合自身的生活经验和一些常识，对物体在三个力作用下处于静止状态时，这三个力所满足的关系进行合理的猜想后，对规律教学展开探究，这种处理方法将对学生发展科学思维的能力和心理产生深远的影响。

学生在课前通过任务书的引领，对即将要研究的问题进行了初步的探索，为其思维的发散提供了较大的空间。比如有部分学生提出了比较有深度的猜想，比如“象限说”。课堂上学生通过具体的实验设计方案交流和实验操作，获取客观、真实的数据，通过对数据的分析形成关于规律的结论。在总结规律的过程中，通过对所探究问题的科学思路和基本方法的渗透，提高了学生解决实际问题的能力，对学生的终身发展是有益的。