4.3 共点力的平衡 课时教案（表格式）2025--2026年鲁科版高中物理必修第一册

4.3《共点力的平衡》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 鲁科版必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于鲁科版高中物理必修第一册第四章第三节，是力学知识体系中的关键环节。在学习了重力、弹力、摩擦力及力的合成与分解后，学生已具备研究多个力作用下物体状态的基础。“共点力的平衡”不仅是前几节知识的综合应用，更是后续学习牛顿运动定律的重要铺垫。教材通过生活实例引入，引导学生从受力分析出发，建立平衡条件模型，并结合实验探究得出结论，体现了“从生活走向物理”的课程理念。
学情分析
高一学生刚接触高中物理，虽具备初中力学基础，但对矢量运算、受力分析仍显薄弱。他们思维活跃，乐于动手，但抽象建模能力不足，易将“静止”等同于“平衡”，忽视匀速直线运动状态。此外，部分学生在正交分解法的应用中存在方向混淆问题。针对此，教学中应强化情境体验与可视化演示，借助小组合作降低认知难度，利用动态模拟帮助理解合力为零的本质，逐步提升科学思维与探究能力。
课时教学目标
物理观念
1. 理解共点力的概念，能判断多个力是否为共点力；掌握共点力平衡的条件：合力为零，并能用正交分解法表达为Fx=0、Fy=0。
2. 能识别生活中处于共点力平衡状态的实例，如悬挂的灯、匀速上升的电梯等，建立物理与生活的联系。
科学思维
1. 经历从具体现象到抽象模型的建构过程，提升受力分析能力和矢量合成的逻辑推理能力。
2. 运用等效替代思想分析多力平衡问题，发展系统化解决问题的策略意识。
科学探究
1. 设计并完成“验证共点力平衡条件”的实验，学会使用弹簧测力计测量拉力，记录数据并进行误差分析。
2. 在合作探究中提出假设、设计方案、收集证据，培养实证精神和团队协作能力。
科学态度与责任
1. 感悟物理学中“平衡”所蕴含的和谐之美，体会精确测量与严谨推理在科学研究中的重要性。
2. 认识桥梁、吊车等工程结构中的平衡原理，增强将物理知识应用于实际的责任感与兴趣。
教学重点、难点
重点
1. 共点力平衡的条件：合力为零（或Fx=0，Fy=0）。
2. 对物体进行正确的受力分析，并应用平衡条件解决简单实际问题。
难点
1. 在复杂情境中准确识别共点力并建立坐标系进行正交分解。
2. 理解“匀速直线运动”也属于平衡状态，突破“静止即平衡”的片面认知。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验法
教具准备
多媒体课件、弹簧测力计三只、滑轮组、细绳、钩码若干、白板支架、电子白板
教学环节 教师活动 学生活动
情境导入
【5分钟】 一、创设真实情境，激发探究欲望。 （一）、播放视频：城市天际线中的力学奇迹。
教师播放一段精心剪辑的城市航拍视频：画面中，巨大的塔吊稳稳吊起钢筋水泥，在空中缓缓移动；斜拉桥上钢索如琴弦般绷紧，承载着川流不息的车辆；商场中悬挂的艺术吊灯在微风中轻轻摆动后恢复静止。镜头特写钢索、吊钩、灯链的连接点。
提问：“这些看似静止或匀速运动的结构为何不会倒塌或坠落？是什么力量让它们维持稳定？”引导学生关注“连接点”的受力情况。
过渡语：“古人云‘牵一发而动全身’，现代工程则靠‘千丝万缕之力达于均衡’。今天，我们就来揭开这‘均衡’背后的物理密码——共点力的平衡。”
（二）、展示实物模型，引发认知冲突。
教师拿出一个由三根细绳悬挂于O点的小环，每根绳末端各挂不同数量的钩码，使小环保持静止。邀请一名学生上台轻轻拨动小环，松手后观察其自动回位。
追问：“这个小环为什么总能回到原位？它受到几个力的作用？这些力有什么共同特点？”鼓励学生描述看到的现象，并尝试画出受力示意图。
预设生成：有学生可能认为“只要不动就是平衡”，忽略匀速状态；也有学生难以准确画出三个拉力的方向交汇于一点。
设计意图：以震撼的工程实景切入，迅速吸引注意力，体现物理服务于社会的价值；通过可操作的小型装置制造认知冲突，激活已有经验，自然引出“共点力”与“平衡”两个核心概念，为后续探究埋下伏笔。 1. 观看视频，感受生活中的平衡现象。
2. 描述所见物体的运动状态与受力猜想。
3. 上台参与互动，观察小环回位现象。
4. 初步思考“静止”与“平衡”的关系。
评价任务 观察能力：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
参与积极：☆☆☆
设计意图 通过真实、震撼的情境激发学习兴趣，建立物理与工程实践的联系；利用可操作的小实验引发认知冲突，促使学生主动思考“平衡”的本质，为构建科学概念提供感性基础。
新知建构
【12分钟】 一、定义共点力，明确研究对象。 （一）、提炼共点力概念，辨析典型图例。
教师在电子白板上依次呈现四组图示：
① 三人同时推一辆汽车，力作用于车身不同位置（非共点）；
② 一盏吊灯由两根对称斜拉的绳子悬挂，两拉力与重力交于灯座中心（共点）；
③ 斜面上的木块受重力、支持力、摩擦力，三力汇于重心（共点）；
④ 门被把手推开，力作用于边缘，转轴处有力矩（非共点）。
组织学生分组讨论：哪些情况属于共点力？判断依据是什么？
待小组汇报后，教师总结：“当多个力作用于同一物体且其延长线交于同一点时，这些力称为共点力。注意：力可以不直接作用于该点，但必须共点。”强调“作用线相交于一点”是关键特征。
（二）、回顾牛顿第一定律，定义平衡状态。
提问：“根据牛顿第一定律，物体在不受外力或合外力为零时，将保持什么状态？”引导学生回忆“静止或匀速直线运动”。
进一步设问：“如果一个物体受多个共点力作用但仍保持静止或匀速直线运动，说明什么？”
学生回答后，教师明确：“这表明这几个共点力的合力为零，我们称物体处于共点力平衡状态。”
板书定义：共点力平衡——物体在共点力作用下保持静止或匀速直线运动状态，此时合力F合=0。
特别强调：“匀速直线运动也是平衡状态！”并通过动画演示小车在光滑水平面受两个等大反向拉力作用下的匀速运动，破除“只有静止才是平衡”的误区。
二、推导平衡条件，建立数学模型。 （一）、从矢量合成到正交分解。
提问：“如何判断三个不在同一直线上的力是否合力为零？”引导学生想到作图法（首尾相连成闭合三角形）。
演示：用三只弹簧测力计互成角度拉一个小环至静止，记录三个力的大小与方向，在黑板上按比例画出力的矢量图，发现首尾相连恰好构成闭合三角形。
结论：三个共点力平衡时，任意两个力的合力与第三个力等大反向。
进一步拓展：“若力更多或角度复杂，作图法繁琐。有没有更普适的方法？”引出正交分解法。
讲解：将所有力沿x轴和y轴分解，若x方向合力为零（ΣFx=0），y方向合力也为零（ΣFy=0），则整体合力为零。
举例：斜面上静止的木块，建立沿斜面和垂直斜面的坐标系，列出Fx=0、Fy=0的方程。
设计意图：通过对比图例深化对“共点”的理解；借助已有定律自然过渡到平衡状态的定义；通过实验验证与数学推导相结合，帮助学生从形象思维迈向抽象建模，掌握两种分析工具。 1. 分组讨论图例，辨析共点力。
2. 回忆牛顿第一定律，理解平衡状态。
3. 观察实验，验证合力为零。
4. 学习正交分解法，构建数学模型。
评价任务 概念辨析：☆☆☆
规律归纳：☆☆☆
模型构建：☆☆☆
设计意图 采用“辨析—归纳—建模”的路径，帮助学生精准把握“共点力”与“平衡状态”的内涵；通过实验直观验证闭合三角形法则，增强可信度；引入正交分解法作为通用解题工具，提升处理复杂问题的能力，体现物理方法的层次性与普适性。
实验探究
【10分钟】 一、设计实验方案，明确操作步骤。 （一）、提出问题：如何定量验证三力平衡条件？
教师引导：“刚才我们看到三力构成闭合三角形，能否用数据证明ΣFx=0、ΣFy=0？”
分组讨论任务：每组设计一个实验方案，利用提供的器材（弹簧测力计、滑轮、钩码、细绳、白板支架）验证三个共点力平衡时，x、y方向合力均为零。
提示关键点：如何保证三力共点？如何确定力的方向？如何测量力的大小？如何建立坐标系？
巡视指导，鼓励学生画出实验装置草图，明确各力来源（如钩码重力提供拉力）。
（二）、规范操作流程，采集实验数据。
待各组提交方案后，教师投影最优设计：将两个滑轮固定在白板两侧，一根细绳绕过滑轮连接钩码，另一端系于O点小环；第三根绳直接竖直向下挂钩码。O点即为共点。
强调操作要点：
① 调整滑轮高度使三绳在同一平面；
② 待系统稳定后读取三个测力计示数；
③ 用量角器测量两斜绳与竖直方向夹角θ 、θ ；
④ 记录数据表格：
F (N) F (N)F (N) θ (°)θ (°)
学生分组实验，教师巡回检查，纠正错误操作（如视线未平视刻度、未等稳定就读数）。
二、处理实验数据，得出科学结论。 （一）、计算分力，验证平衡条件。
指导学生根据公式计算x、y方向合力：
ΣFx = F sinθ - F sinθ （注意方向）
ΣFy = F cosθ + F cosθ - F
要求每组至少完成两组不同配重的数据测量与计算。
提问：“你们计算出的ΣFx和ΣFy接近多少？是否存在误差？可能原因有哪些？”
引导学生分析误差来源：滑轮摩擦、绳重、读数误差、角度测量偏差等。
（二）、形成共识，总结实验结论。
汇总多组数据，展示ΣFx≈0、ΣFy≈0的结果分布图。
师生共同总结：“实验表明，在实验误差允许范围内，三个共点力平衡时，x方向合力为零，y方向合力也为零。这验证了我们的理论预测。”
设计意图：让学生亲历“提出问题—设计方案—实验验证—数据分析—得出结论”的完整探究过程，培养科学探究素养；通过动手实践加深对平衡条件的理解，体会“理论+实验”是物理学发展的基本范式。 1. 小组合作设计实验方案。
2. 动手搭建装置，规范操作测量。
3. 记录数据，计算分力合力。
4. 分析误差，归纳实验结论。
评价任务 方案合理：☆☆☆
操作规范：☆☆☆
结论正确：☆☆☆
设计意图 通过自主设计与动手操作，提升学生的探究能力与实践意识；在数据处理中强化数学工具的应用；通过误差分析培养实事求是的科学态度，理解理想模型与现实差异的关系，深化对物理规律适用条件的认识。
典例精讲
【8分钟】 一、解析典型例题，示范解题规范。 （一）、例题1：轻绳悬挂小球的张力计算。
投影题目：“如图所示，一质量为m=2kg的小球用两根轻绳AC和BC悬挂，AC水平，BC与竖直方向成37°角，小球静止。求两绳的拉力大小。（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s ）”
教师示范解题四步法：
① 明确对象：选取小球为研究对象；
② 受力分析：画出小球受重力G、AC拉力T 、BC拉力T 的示意图，标注角度；
③ 建立坐标：以小球为中心，水平向右为x轴正方向，竖直向上为y轴正方向；
④ 列式求解：
ΣFx = T - T sin37° = 0 → T = T ×0.6
ΣFy = T cos37° - G = 0 → T ×0.8 = 20N → T = 25N
代入得 T = 15N
强调：必须先画受力图，再列方程，养成规范习惯。
（二）、例题2：斜面上物体的支持力与摩擦力。
题目：“一物块静止在倾角θ=37°的斜面上，质量m=5kg，求斜面对物块的支持力N和摩擦力f。”
引导学生思考：是否仍用水平-竖直坐标系？提示“沿斜面分解更简便”。
师生共同完成：
建立x轴沿斜面向下，y轴垂直斜面向上；
重力分解：Gx = mgsinθ = 5×10×0.6 = 30N，Gy = mgcosθ = 5×10×0.8 = 40N；
ΣFx = f - Gx = 0 → f = 30N；
ΣFy = N - Gy = 0 → N = 40N；
总结：“选择合适的坐标系可简化计算，通常使尽可能多的力落在坐标轴上。”
设计意图：通过阶梯式例题训练，巩固受力分析与正交分解技能；强调解题规范与思维流程；渗透“坐标系选择优化”策略，提升解决问题的灵活性与效率。 1. 听讲例题，学习解题步骤。
2. 参与互动，回答教师提问。
3. 模仿画图，练习列式计算。
4. 理解坐标系选择的优化策略。
评价任务 图示准确：☆☆☆
方程正确：☆☆☆
计算无误：☆☆☆
设计意图 通过典型例题的精细化讲解，帮助学生掌握解决共点力平衡问题的标准流程；强化“受力分析—建系分解—列式求解”的思维链条；通过变式训练提升迁移能力，为独立解题打下坚实基础。
迁移应用
【6分钟】 一、设置挑战任务，促进深度理解。 （一）、任务1：破解“不可能三角”魔术。
出示一张图片：一个金属环被三根细线吊起，每根线下挂相同重量的砝码，但三线夹角明显不对称，金属环却保持静止。
提问：“这违反平衡条件吗？请分析其中奥秘。”
引导学生发现：三力虽大小相等，但方向不对称，无法满足ΣFx=0。真相可能是某根线穿过隐藏滑轮改变了方向，或存在磁力干扰——提醒学生注意真实情境中的隐蔽因素。
（二）、任务2：设计一座微型吊桥。
发放任务卡：“现需用两根最大承受力为15N的绳子吊起一个重20N的模型车厢，如何布置绳子角度才能确保安全？”
要求学生计算：设两绳对称，与竖直方向夹角为θ，则每绳拉力T = G/(2cosθ)，令T≤15N，解得cosθ≥2/3→θ≤48.2°。
组织小组讨论设计方案，并用绘图软件或手绘示意。
展示优秀方案，表扬创新思维。
设计意图：通过“反常现象”激发批判性思维，理解物理规律的普适性与实际问题的复杂性；通过开放性工程任务，实现知识向能力的转化，培养创新意识与社会责任感。 1. 分析魔术背后的物理原理。
2. 小组合作设计吊桥承重方案。
3. 计算角度范围，验证可行性。
4. 展示成果，交流设计思路。
评价任务 思维缜密：☆☆☆
方案可行：☆☆☆
表达清晰：☆☆☆
设计意图 通过“魔术揭秘”提升学生质疑与探究能力；以真实工程问题为载体，推动知识迁移与综合应用；在合作设计中发展创新思维与实践能力，体现“做中学”的教育理念。
课堂总结
【4分钟】 一、升华主题，寄语未来。 （一）、结构化回顾核心知识。
教师带领学生快速回顾：
“今天我们从城市的建筑奇观出发，聚焦‘共点力的平衡’：首先明确了什么是共点力——作用线交于一点的力；接着定义了平衡状态——静止或匀速直线运动；然后通过实验与推理，得出了平衡的条件——合力为零，即ΣFx=0、ΣFy=0；最后通过例题与任务，学会了如何应用这一条件解决实际问题。”
二、激励性结语，点燃科学梦想。 “同学们，平衡不只是力学中的一个状态，它更是一种智慧。古有‘不偏不倚，允执厥中’的中庸之道，今有工程师们用精确计算实现千米跨海大桥的巍然屹立。每一个看似静止的瞬间，背后都是无数力量的精密博弈与完美协调。希望你们不仅能用公式求解T 和T ，更能从中领悟到：人生亦如力学系统，唯有认清各方‘力’的影响，理性分析，才能找到属于自己的平衡点，在纷繁世界中稳健前行。愿你们未来都能成为自己命运的‘结构工程师’，构筑起既稳固又优美的生命之桥！” 1. 跟随教师回顾知识点。
2. 理解平衡的哲学意义。
3. 感悟物理与人生的关联。
4. 树立科学探索的信心。
评价任务 知识梳理：☆☆☆
情感共鸣：☆☆☆
价值认同：☆☆☆
设计意图 通过结构化回顾强化知识体系；以富有哲理的激励语言升华主题，将物理规律延伸至人生智慧，激发学生的情感共鸣与价值认同，实现知识、能力、情感的三维统一，留下深刻而温暖的课堂印记。
作业设计
一、基础巩固：完成下列计算题
1．如图，女孩用与水平方向成、大小的拉力拉一个质量的箱子，使其在水平地面上匀速前进。重力加速度，，。 （1）请画出箱子的受力分析图； （2）求地面对箱子的支持力大小； （3）求箱子与水平地面间的动摩擦因数。 2. 一根轻杆AB两端分别用细绳悬挂在天花板上，杆中点挂一重物G=100N，两绳与天花板夹角均为53°。求每根绳的拉力大小。（sin53°=0.8，cos53°=0.6）
二、能力提升：分析生活实例
观察家中吊灯或阳台晾衣架的悬挂方式，拍照并绘制其受力示意图，说明哪些力是共点力，是否满足平衡条件。若有多个吊点，请尝试分析每个节点的受力情况。
三、拓展探究：撰写微型报告
查阅资料，了解埃菲尔铁塔或港珠澳大桥的某个关键连接部位是如何实现力学平衡的。写一段200字左右的文字，描述其结构特点与平衡原理，附上示意图更佳。
【答案解析】
一、基础巩固
1. 解：（1）见解析；（2）；（3） 【详解】（1）箱子的受力如图所示 （2）箱子在水平地面上匀速前进，竖直方向根据受力平衡可得 解得地面对箱子的支持力大小为 （3）水平方向根据受力平衡可得 又 联立解得箱子与水平地面间的动摩擦因数 2. 解：取连接点为研究对象，两绳拉力T对称。
竖直方向：2Tcos53° = G → 2T×0.6 = 100 → T = 83.3N
答：每根绳拉力约83.3N。
二、能力提升
提示：注意区分单点悬挂与多点悬挂；对于多点结构，可逐个节点分析；拍照需清晰显示连接方式。
板书设计
§4.3 共点力的平衡
【左侧】概念区
● 共点力：作用线交于同一点的力
→ 示例：吊灯、斜拉桥、三绳拉环
● 平衡状态：静止 或 匀速直线运动
→ 牛顿第一定律 → F合=0
【中部】规律区（主板书）
★ 平衡条件：
F合 = 0 ΣFx = 0
　　　　　　ΣFy = 0
← 闭合三角形法 → 正交分解法 ↑
【右侧】应用区
例：小球悬挂
T = T sinθ
T cosθ = mg
→ 解题四步：
选对象 → 画受力 → 建坐标 → 列方程
教学反思
成功之处
1. 以城市工程实景导入，极大提升了学生的学习兴趣与学科认同感，实现了“从生活走向物理”的理念落地。
2. 实验探究环节设计开放，学生自主设计方案并动手验证，有效培养了科学探究能力与团队协作精神。
3. 课堂总结将物理规律升华为人生智慧，语言富有感染力，引发了学生的情感共鸣，实现了价值观的自然渗透。
不足之处
1. 部分学生在正交分解时仍出现符号错误，特别是x方向分力的方向判断，需在后续练习中加强针对性训练。
2. 实验环节时间略紧，个别小组未能完成两组数据测量，今后可提前分发数据表或简化记录格式以提高效率。
3. 对“匀速直线运动属于平衡状态”的强调仍显不足，少数学生在作业中仍将平衡等同于静止，需在后续课程中反复强化。