受力分析教学设计

受力分析教学设计
一、教学设计思路：
对物体进行受力分析是解决力学问题的基础，是研究力学问题的重要方法。就目前的高三学生而言，很多学生都没有养成受力分析的好习惯。那么，障碍的原因在哪呢？首先，教师的教学要求和教学方法不当造成难点。教学要求不符合学生的实际，要求过高，想一步到位，例如：一开始就给学生讲一些受力个数多、且又难以分析的物体的受力情况等。这样势必在学生心理上会形成障碍。其次，受力分析时除了将各力的产生要求、方向的判断方法熟练掌握外，同时还要与物体的运动状态相联系，这就需要一定的综合能力。由于学生对物理知识掌握不全，导致综合分析能力下降，影响了受力分析准确性和全面性。再次，有些力的方向比较好判断，如：重力、电场力、磁场力等，但有些力的方向难以确定。如：弹力、摩擦力等，虽然发生在接触处，但在接触的地方是否存在、方向如何却难以把握。
二、教学目标
1知识与技能
（1）明确研究对象
（2）按照力的性质分类来找力
（3）分析物体的受力与运动状态是否一致
2.过程与方法
首先叫学生板眼，看问题主要出现在什么地方。然后系统的介绍受力分析的过程，有针对性对学生的薄弱环节分析，在举例巩固基础，最后做适当的练习。
3情感态度与价值观
通过受力分析与运动状态是否一致，让学生体会物理学的逻辑美、规律的统一美，联系生活、感受生活奇观。
三、重难点分析
重点是正确的画出物体的受力示意图，难点是对一些弹力或摩擦力是否存在的判断，以及它们方向的判断。
四、难点突破策略：
物体的受力情况决定了物体的运动状态，正确分析物体的受力，是研究力学问题的关键。受力分析就是分析物体受到周围其它物体的作用。为了保证分析结果正确，常用的是假设法，可以先假设这个力存在，分析物体的受力与运动状态是否一致，如果与运动状态一致，说明这个力存在的，反之是不存在的。
五、教学过程
（一）课题引入：叫学生上黑板画出受力示意图
.如图所示，不光滑的水平地面上放一物体B，B的上表面水平，其上放一物体A，B物体在拉力F拉的作用下与A物体一起匀速运动，试分析物体A、B的受力情况.
解析:由于物体A、B的运动状态相同，故可将物体A、B作为一个整体进行研究.在水平方向上，地面对物体B施加一个与运动方向相反的摩擦力，在竖直方向上，地面对B施加一个向上的弹力.
将A、B两物体隔离，B物体受A物体的压力.对A物体而言，水平方向不受力的作用，竖直方向受重力和弹力作用.A、B两物体受力情况如图所示.
（二）新课教学
1.受力分析的步骤 ：
为了在受力分析时不多分析力，也不漏力，一般情况下按下面的步骤进行：
（1）确定研究对象 —可以是某个物体也可以是整体。
（2）按顺序画力
a．先画重力：作用点画在物体的重心，方向竖直向下。
b．次画已知力
c．再画接触力—（弹力和摩擦力）：看研究对象跟周围其他物体有几个接触点（面），先对某个接触点（面）分析，若有挤压，则画出弹力，若还有相对运动或相对运动的趋势，则再画出摩擦力。分析完一个接触点（面）后，再依次分析其他的接触点（面）。
d．再画其他场力：看是否有电、磁场力作用，如有则画出。
（3）验证：
a．每一个力都应找到对应的施力物体 b.受的力应与物体的运动状态对应。
说明：
（1）只分析研究对象受的根据性质命名的实际力(如：重力、弹力、摩擦力等)，不画它对别的物体的作用力。
（2）合力和分力不能同时作为物体所受的力。
（3）每一个力都应找到施力物体，防止“漏力”和“添力”。
（4）可看成质点的物体，力的作用点可画在重心上，对有转动效果的物体，则力应画在实际位置上。
（5）为了使问题简化，常忽略某些次要的力。如物体速度不大时的空气阻力、物体在空气中所受的浮力等。
（6）分析物体受力时，除了考虑它与周围物体的作用外，还要考虑物体的运动情况(平衡状态、加速或减速)，当物体的运动情况不同时，其情况也不同。
2. 受力分析的辅助手段
（1）物体的平衡条件（共点力作用下物体的平衡条件是合力为零）
（2）牛顿第二定律（物体有加速度时）
（3）牛顿第三定律（内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等，方向相反，作用在一条直线上）
5.常见的错误及防范的办法：
　（1）多画力。
　　a.研究对象不明，错将其他物体受到的力画入。
b.虚构力，将不存在的力画入。
c.将合力和分力重复画入。
要防止多画力。第一，彻底隔离研究对象。第二，每画一个力要心中默念受力物体和施力物体。
　 (2) 少画力。 少画力往往是由受力分析过程混乱所致，因此
a.要严格按顺序分析。
b.分析弹力和摩擦力时，所有接触点都要分析到。
(3) 错画力。即把力的方向画错。防范办法是要按规律作
1.画出下列各图中物体A、B、C的受力示意图.如图所示（已知物体A、B、C均静止）.
解析:甲、乙、丙三个图中，物体皆受竖直向下的重力G、与接触面垂直的弹力FN和相对接触面与运动趋势相反的摩擦力F的作用.
不同的是乙中的物体B受作用力F′；丙中的物体C受绳的拉力F拉.受力示意图如下图所示.
3、分类例析
（1）．弹力有、无的判断
弹力的产生条件是接触且发生弹性形变。但有的形变明显，有的不明显。那么如何判断相互接触的物体间有无弹力？
例1： “假设法”，即假设接触物体撤去，判断研究对象是否能维持现状。若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力，因为接触物体使研究对象维持现状等同于没有接触物，即接触物形同虚设，故没有弹力。若不能维持现状则有弹力，因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力，从而改变了研究对象的现状。可见接触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用，故有弹力。
例1：如图所示，判断接触面对球有无弹力，已知球静止，
接触面光滑。
法一
【审题】在a、b图中，若撤去细线，则球都将下滑，故细线中均有拉力, a图中若撤去接触面，球仍能保持原来位置不动，所以接触面对球没有弹力；b图中若撤去斜面，球就不会停在原位置静止，所以斜面对小球有支持力。 【解析】图a中接触面对球没有弹力；图b中斜面对小球有支持力
法2：根据“物体的运动状态”分析弹力。即可以先假设有弹力，分析是否符合物体所处的运动状态。或者由物体所处的运动状态反推弹力是否存在。总之，物体的受力必须与物体的运动状态符合。同时依据物体的运动状态，由二力平衡（或牛顿第二定律）还可以列方程求解弹力。
例2：如图所示，判断接触面MO、ON对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。
【审题】图中球由于受重力，对水平面ON一定有挤压，故水平面ON对球一定有支持力，假设还受到斜面MO的弹力，如图1—3所示，则球将不会静止，所以斜面MO对球没有弹力。
【解析】水平面ON对球有支持力，斜面MO对球没有弹力。
再如例1的a图中，若斜面对球有弹力，其方向应是垂直斜面且指向球，这样球也不会处于静止状态，所以斜面对球也没有弹力作用。
【总结】弹力有、无的判断是难点，分析时常用“假设法”并结合“物体的运动状态”分析。
（2）.弹力的方向
弹力是发生弹性形变的物体由于要恢复原状，而对它接触的物体产生的力的作用 。所以弹力的方向为物体恢复形变的方向。
平面与平面、点、曲面接触时，弹力方向垂直于平面，指向被压或被支持的物体；曲面与点、曲面接触时，弹力方向垂直于过接触点的曲面的切面，特殊的曲面，如圆面时，弹力方向指向圆心。弹力方向与重心位置无关。
绳子的弹力方向为：沿着绳子且指向绳子收缩的方向；且同一条绳子内各处的弹力相等
杆产生的弹力方向比较复杂，可以沿杆指向杆伸长或收缩的方向，也可不沿杆，与杆成一定的夹角。
例2：如图1—4所示，画出物体A 所受的弹力
a图中物体A静止在斜面上
b图中杆A静止在光滑的半圆形的碗中
c图中A球光滑 O为圆心， O＇为重心。
【审题】图a中接触处为面面接触，由于物体受重力作用，会对斜面斜向下挤压，斜面要恢复形变，应垂直斜面斜向上凸起，对物体有垂直斜面且指向物体斜向上的弹力。
图b中B处为点与曲面接触，发生的形变为沿半径方向向外凹，要恢复形变就得沿半径向上凸起，C处为点与平面接触， C处碗的形变的方向为斜向下压，要恢复形变就得沿垂直杆的方向向上，所以B处杆受的弹力为垂直过接触点的切面沿半径指向圆心，C处杆受的弹力为垂直杆向上。
图c中接触处为点与曲面接触，发生的形变均为沿半径分别向下凹，要恢复形变就得沿半径方向向上凸起，所以在M、N两接触处对A球的弹力为垂直过接触点的切面沿半径方向向上，作用线均过圆心O，而不过球的重心O＇。
【解析】如图1—5所示
【总结】弹力的方向为物体恢复形变的方向。分析时首先应明确接触处发生的形变是怎样的，恢复形变时应向哪个方向恢复。另外应记住平面与平面、点、曲面接触，曲面与点、曲面接触，绳、杆弹力方向的特点，才能得以正确分析。
(3)．判断摩擦力的有、无
摩擦力的产生条件为：（1）两物体相互接触，且接触面粗糙；（2）接触面间有挤压；（3）有相对运动或相对运动趋势
例5：如图1—8所示，判断下列几种情况下物体A与接触面间有、无摩擦力。
图a中物体A静止
图b中物体A沿竖直面下滑，接触面粗糙
图c中物体A沿光滑斜面下滑
图d中物体A静止
【审题】图a中物体A静止，水平方向上无拉力，所以物体A与接触面间无相对运动趋势，所以无摩擦力产生；图b中物体A沿竖直面下滑时，对接触面无压力，所以不论接触面是否光滑都无摩擦力产生；图c中接触面间光滑，所以无摩擦力产生；图d中物体A静止，由于重力作用，有相对斜面向下运动的趋势，所以有静摩擦力产生。
【解析】图a、图b、图c中无摩擦力产生，图d有静摩擦力产生。
【总结】判断摩擦力的有、无，应依据摩擦力的产生条件，关键是看有没有相对运动或相对运动趋势。
(4)．摩擦力的方向
摩擦力的方向为与接触面相切，.与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反。但相对运动趋势不如相对运动直观，具有很强的隐蔽性，常用下列方法判断。
法1：“假设法”。即假设接触面光滑，看原来相对静止的物体间能发生怎样的相对运动。若能发生，则这个相对运动的方向就为原来静止时两物体间的相对运动趋势的方向。若不能发生，则物体间无相对运动趋势。
例6：如图1—9所示为皮带传送装置，甲为主动轮，传动过程中皮带不打滑，P、Q分别为两轮边缘上的两点，下列说法正确的是：
A．P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相反
B．P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相反，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相同
C．P点的摩擦力方向与甲轮的转动方向相同，Q点的摩擦力方向与乙轮的转动方向相反
D．P、Q两点的摩擦力方向均与轮转动方向相同
【审题】本题可用“假设法”分析。由题意可知甲轮与皮带间、乙轮与皮带间均相对静止，皮带与轮间的摩擦力为静摩擦力。假设甲轮是光滑的，则甲轮转动时皮带不动，轮上P点相对于皮带向前运动，可知轮上P点相对于皮带有向前运动的趋势，则轮子上的P点受到的静摩擦力方向向后，即与甲轮的转动方向相反，再假设乙轮是光滑的，则当皮带转动时，乙轮将会静止不动，这时，乙轮边缘上的Q点相对于皮带向后运动，可知轮上Q点有相对于皮带向后运动的趋势，故乙轮上Q点所受摩擦力向前，即与乙轮转动方向相同。
【解析】正确答案为B
【总结】判断摩擦力的有、无及摩擦力的方向可采用“假设法”分析。摩擦力方向与物体间的相对运动方向或相对运动趋势的方向相反，但不一定与物体的运动方向相反，有时还与物体的运动方向相同。
（三）作业布置，完成金版新学案的题目
六 课后思考
由于老师听课，本节课学生的状态比较紧张，但大部分学生的反应情况比较好。为了进一步巩固知识，课后还要加强练习。
图1—1
a
b
图1—2
图1—3
图1—4
a
b
c
图1—5
a
b
c
图1—8
图1—9