力的平衡
【课时安排】
2课时
【第一课时】
【教学目标】
1.知识与技能
(1)理解合力、分力和力的合成的概念;
(2)学会同一直线上二力合成实验的探究方法;
(3)了解同一直线上二力合成的实验结论;
(4)会用同一直线上二力合成的实验结论进行简单计算。
2.过程与方法
经过实验探究,学会怎样求同一直线上二力合成。
3.情感、态度和价值观
理解等效的物理思想。
【教学重难点】
(1)学会同一直线上二力合成实验的探究方法;
(2)会用同一直线上二力合成的实验结论进行简单计算。
【教学过程】
教师活动设计 学生活动设计
(一)新课引入 由一个力和几个力的作用效果相同引出。1.举例:(1)两个小孩一同提一桶水,一个大人就可以提起来。(2)汽车陷进泥泞的路上时,很多人努力可以将它推出来,而拖拉机也能单独把汽车从泥泞的路上拉出来。还可举些其他例子。例如:两个女生一起搬动一个桌子,一个男生也可以单独搬动。由这些例子引出合力、分力和力的合成的定义。 找出它们的共同点:结果相同。并找出生活当中的例子。
(二)合力 我们可以看到:一个力作用在物体上产生的效果可以与两个力或几个力同时作用在这个物体上产生的效果相同。从而引出定义:如果一个力对物体的作用效果与几个力同时对物体作用的效果相同,那么这个力就叫做那几个力的合力,那几个力就叫做这个力的分力。已知分力求合力,就叫做力的合成。力的合成,是一个比较复杂的问题,我们讨论简单的情况,在同一直线上两个力的合成。
(三)实验探究:同一直线上二力的合成 1.提出问题并进行猜想。怎样求出两个力的合力:(1)小车同时受推力F1和拉力F2的作用,这两个力在同一条直线上,且方向相同。(2)张伞下落的运动员受到重力G和拉力T的作用,这两个力在同一直线上且方向相反。 学生思考并提出猜想:a.F1与F2的共同作用效果应与一个大小为F1+F2的力的作用效果相同。b.G与T的共同作用效果应与一个大小为G-T的力的作用效果一致。
2.制定方案1(1)用两个弹簧测力计同时竖直向上拉下端固定的橡皮条S,使它伸长到一个恰好的位置,记下这时橡皮条S上端的位置A和两个弹簧测力计的示数F1和F2。(2)用一个弹簧测力计竖直向上拉橡皮条S,使它的上端仍达到位置A,记下这时弹簧测力计的示数F。 参与讨论并提出自己的方案。设计记录数据表格。
3.注意事项1(1)两个弹簧测力计的作用点应在一点上。(2)为保证橡皮条S的上端到达的位置A在两次操作中为同一点,应在A点位置水平固定标尺。多次测量,将数据填入制定的表格。 弹簧测力计的作用方式和怎样保证两次操作中A点为同一位置,由学生自己思考,老师进行引导和纠正。
4.分析论证1通过分析所得数据,引导学生得出以下结论:沿同一直线上两个方向相同的力的合力,其大小等于这两个力的大小____,其方向跟这两个力的方向相____。 学生:之和;同。
5.制定方案2(1)一个弹簧测力计和橡皮条S的下端固定,它们的上端共同作用于另一弹簧测力计,另一弹簧测力计竖直向上拉它们的上端。记下这时橡皮条S上端的位置A和两个弹簧测力计的示数F1和F2。(2)用个弹簧测力计竖直向上拉橡皮条S,使它的上端仍达到位置A,记下这时弹簧测力计的示数F。 实验2中的所有步骤,全由学生完成。
6.注意事项2(1)下端的弹簧测力计和橡皮条应水平,并且其上端的作用点应为同一点。(2)为保证橡皮条S的上端位置A在两次操作中为同一点,应在A点位置水平固定标尺。(3)多次测量,将数据填入制定的表格。
7.分析论证2沿同一直线上两个方向相反的力的合力,其大小等于这两个力的大小____,其方向跟这两个力中较大的力的方向相______。 学生:之差的绝对值、同。
8.解决问题前面提出的两个问题的答案是什么? 学生:在这两个例子中,合力分别为(1)F=F1+F2;(2)F=|G—T|。
(四)课堂小结 本节课我们学习了合力、分力及力的合成的概念,通过实验探究得出了同一直线上二力合成的实验结论。大家完成课后练习,帮助自己理解和掌握同一直线上二力合成的方法。
【作业布置】
通过互联网查找有关各种各样力的测量工具。
【第二课时】
【教学目标】
(一)知识与技能:
1.知道什么是力的平衡。
2.知道二力的平衡及二力的平衡的条件。
3.能应用二力的平衡求力的大小或判断物体的状态。
(二)过程与方法:
1.探究二力的平衡条件。
2.探究二力平衡和相互作用力的区别。
(三)情感态度与价值观:
体验物体静止时合力为0的现象。
【教学重点】
让学生知道二力平衡的条件,了解物体运动状态变化的原因。
【教学难点】
实验探究二力平衡条件并认识到平衡力与相互作用力的区别。
【教学准备】
两端有滑轮的直木板,小车模型(玩具小车)、挂盘、砝码等。
【教学过程】
(一)引入新课
牛顿第一定律告诉我们,物体在不受外力的时候总要保持静止状态或匀速直线运动状态。但是静止或保持匀速直线运动的物体并非都不受力。(例如:悬挂的电灯、平直轨道上匀速行驶的火车。)而有受力的物体,运动状态也可以改变。(例如:用力踢球,球由静止变为运动。)
物体在受到力的作用时,为什么有些可以保持静止或匀速直线运动?有些却不能?这些力和物体的运动状态之间有什么联系呢?
(二)进行新课
1.力的平衡
请大家思考,你见过的哪些物体受到力的作用并保持静止状态?
教室内的吊灯受到重力和拉力,吊灯保持静止。放在地上的水桶受重力和地面对它的支持力,水桶静止。课桌受到重力,书本对它向下压的力和地面的支持力,课桌静止。
物体受到力的作用,物体保持匀速直线运动的情况也能见到。一列火车在一段平直的轨道上匀速行驶,火车受重力、支持力、水平向前的牵引力和向后的阻力。
物体在受到几个力作用时,如果物体保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这几个力是相互平衡的,否则这几个力就不能平衡。
2.二力平衡的条件
二力平衡的情况最简单,我们先研究这种情况。
演示实验:教师讲解木块受两个拉力。
(1)当两个拉力大小不等时,木块不能保持静止。物体将向较大的力的方向加速运动。这两个力不能平衡。
(2)当两个力大小相等,力的方向互成角度时,木块也不能保持静止。这两个力不能平衡。
(3)当两个力大小相等、方向相反,互相平行时,木块也不能保持静止。物体将发生转动。这两个力不能平衡。
结论:二力平衡的条件
两个力的平衡必须满足以下四个条件:两个力作用在一个物体上,大小相等、方向相反、作用在一条直线上。
根据同一条直线上力的合成的法则可知,当两个力彼此平衡时,物体受到的合力是0。
3.二力平衡条件的应用
(1)根据物体处于静止状态或匀速直线运动状态,可以分析出作用在物体上的力的大小和方向。
例题:质量是50千克的人站在水平地面上,画出人受力的图示。
人受重力G和地面的支持力N。人处于静止状态,所以重力G和支持力N是平衡的。那么这两个力一定满足二力平衡的条件,即大小相等,方向相反,且在一条直线上。根据人的质量,计算出人的重力G。G=mg=50千克×10牛/千克=500牛顿。方向竖直向下。支持力N=500牛顿,方向竖直向上。(图示略)
(2)根据物体的受力情况判断物体的运动状态。
物体不受力,应保持匀速直线运动或保持静止状态。物体受一个力,运动状态发生改变,这是力产生的效果。物体受平衡力时,应保持静止或保持匀速直线运动状态。静止的物体受平衡力时,仍然保持静止;运动的物体受平衡力时,仍然保持匀速直线运动。
例如,火车在平直的轨道上行驶。在竖直方向上重力和支持力平衡,如果牵引力大于阻力,火车将加速;如果牵引力小于阻力,火车将减速;牵引力和阻力相等时,水平方向二力平衡,火车匀速直线前进。
4.二力平衡拓展
(1)力的平衡与物体运动状态之间的关系
物体运动的速度与受到的力之间没有关系。
(2)平衡力与相互作用力之间的关系
平衡力:两个施力物体,一个受力物体。二力作用在同一物体上。
相互作用力:存在于两个物体之间。
(三)课堂小结
物体保持静止或匀速直线运动,也称为平衡状态。
当物体处于平衡状态时,受到的力一定是平衡力。
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