7.3 力的平衡 导学设计

第七章　力与运动
第三节　力的平衡
教
材
解
读
本节主要内容有：二力平衡、二力平衡条件及其应用。二力平衡是物体受力问题中最简单的一种情况，在力学中的地位十分重要，它既是牛顿第一定律的延续，又是今后进一步学习其他力学知识的基础，所以二力平衡知识是联系新旧知识的一个纽带。这部分内容关系到学生以后会不会进行受力分析，因此，学习这部分知识具有十分重要的意义。教材首先展示的是“僵持的‘人象大战’”(教材图7－18)，并由此提出问题：“这是否和牛顿第一定律矛盾呢？”因为牛顿第一定律说物体不受力的时候会保持静止或匀速直线运动状态，是不是处于静止状态或匀速直线运动状态的物体就不受力呢？接下来，在“二力平衡”这个段标提出了“平衡状态”“平衡力”这两个概念。通过一组处于力的平衡状态的物体图片的呈现，让学生具体了解成对出现的平衡力的情况。
第二部分“二力平衡条件”要求学生通过实验探究得出二力平衡的条件。这样设置是让学生先通过自然、生活现象认识“力的平衡”，然后用抽象的概念来总结“力的平衡”，接着用“力的平衡”观念来解释自然、生活中的一些事例，最后具体知晓在什么情况下物体才会处于“力的平衡”状态。
　本节内容是希望学生在对二力平衡的认识中感受处于平衡力作用下物体的运动状态，并通过实验探究认识二力平衡的条件。在实验探究过程中培养学生的表述能力。
教
学
目
标
　
知识与技能
1.知道什么是力的平衡和二力平衡的条件。
　2.知道二力平衡时物体的运动状态。
　3.会应用二力平衡条件分析、解决简单的问题。
过程与方法
　1.通过组织学生讨论并对物体进行受力分析，理解二力平衡的概念。2.通过组织探究实验得出二力平衡的条件。
情感、态度
与价值观
　1.养成实事求是、尊重自然规律的态度。
　2.积极参与二力平衡条件的实验探究，培养学生善于合作的意识。
重
点
难
点
重点
二力平衡的条件。建议教师课前准备足够的实验器材(小卡片、细线、钩码等)，课上引导学生针对探究课题独立完成探究过程，然后对实验观象进行分析，进而总结出二力平衡的条件。
难点
　平衡状态。教材中是直接给出其概念的，但是学生虽然可以凭生活经验知道静止的物体处于平衡状态，而对于做匀速直线运动的物体也处于平衡状态却没有概念。因此建议教师在教学过程中，先由学生根据已有经验得出静平衡，再通过演示实验使学生认识到受平衡力的物体也可以做匀速直线运动，从而完善平衡的概念。
教
学
建
议
　实验探究二力平衡的条件。教材图7－21所示的探究实验可由教师来演示，但是数据一定要让学生自己记录并填于表中，教师最好不给任何提示。在实验之前，教师应该提醒学生注意观察作用在纸板上的两个拉力在什么条件下互相平衡，或者说纸板在什么情况下是平衡的。结论最好让学生得出，这样对于他们理性认识力的平衡大有裨益。不过教师最后总结时，一定要提出“二力平衡时合力必为零”这个推论，这样做的目的在于让学生对本章有个整体结构的了解，也能够加深对力的合成的掌握。
　在掌握了二力平衡的条件之后，可以让学生讨论“为什么用弹簧测力计测量物体重力时，一定要求在弹簧测力计稳定的时候读数”“弹簧测力计就是真正测量重力的仪器吗？”“弹簧测力计是通过什么来间接表示物体所受重力的情况的”等问题。希望学生在解释时突出分析问题的方法，掌握分析的思路：首先被分析的物体应该是处于静止或匀速直线运动状态，这时物体受到的力才是平衡的；分析物体受到的力是哪两个力，方向如何？根据二力平衡的条件，判断这两个力的大小和方向的关系；利用这样的分析方法对交流与讨论中的问题进行思考。最后建议教师介绍物体的运动状态和力的关系，在这里总结全章的内容，加深学生对力与运动的认识。
学点1　二力平衡
思考：阅读教材P135，并思考下列问题。
问题1：(1)停在地面上的汽车受到由于地球的吸引而产生的方向__竖直向下__的__重力__和地面对汽车方向__竖直向上__的支持力。
(2)僵持的“人象大战”中绳子受到方向__相反__(选填“相同”或“相反”)的两个力的作用。
图7－3－1
(3)试分析空中匀速飞行的飞机受到几个力的作用？
[答案] 两个力，一个是重力，另一个是升力。
问题2：上面的例子和牛顿第一定律矛盾吗？
[答案] 不矛盾。
问题3：你还能举出物体受力却保持静止或匀速直线运动的例子吗？
[答案] 略
总结：平衡状态指物体在两个力的作用下，保持__静止__或__匀速直线运动__状态。这两个力互称为__平衡力__。
应用：(1)匀速下降的跳伞运动员受到的向下的__重力__和向上的__空气阻力__是一对平衡力。
(2)茶杯在桌面上静止不动，是因为作用于杯子的__重力__和__支持力__是一对平衡力。
图7－3－2
(3)你还能举出类似于静止或做匀速直线运动的物体吗？并请分析它的受力情况。
[答案] 如鱼在水中静止不动，受到重力和浮力。
学点2　二力平衡条件
提出问题：物体受到的两个力满足什么条件才会处于平衡状态？
猜想与假设：略(从力的三要素的角度猜想)。
制定计划与设计实验：如图7－3－3所示：
图7－3－3
(1)如果两个盘子里装着质量相同的砝码，那么纸板受到的两个力之间有什么关系？纸板所受合力的大小、方向怎样？纸板的状态如何？
[答案] 两个力的大小相等、方向相反，合力的大小为0，纸板处于静止状态。
(2)实验中怎样改变小车受力的大小？
[答案] 改变两个盘子里的砝码质量。
(3)实验中怎样控制纸板受力的方向在不在同一条直线上？
[答案] 把纸板转过一定的角度，则纸板受力的方向不在同一条直线上。
(4)如何判断纸板处于平衡状态？
[答案] 如果纸板处于静止状态或做匀速直线运动，则为平衡状态。
　进行实验与收集数据：(填入下面的表格)
纸板受力大小
(相等、不相等)
纸板受力方向
(相同、相反)
受力是否在同一
直线上(是、否)
纸板是否平衡
(是、否)
分析论证，得出结论：(分析上面的实验证据，我们可以得出二力平衡的条件)
(1)作用在同一物体上的两个力平衡的条件是：两个力大小__相等__、方向__相反__、作用在__同一直线上__。
(2)物体处于二力平衡状态时，两个力的合力为__0__，二力的作用效果__相互抵消__(选填“相互抵消”或“不能抵消”)，相当于__不受力__(选填“受力”或“不受力”)的情况，与牛顿第一定律并不矛盾。
交流与合作：实验中你还发现什么问题？发表一下你的观点。
[答案] 略
学点3　二力平衡条件的应用
问题1：静止在桌上的饮料瓶重5 N，如图7－3－4所示，桌面对瓶子的支持力是多少？说明理由。
图7－3－4
[答案] 桌面对瓶子的支持力是5 N，因为饮料瓶只受重力和支持力两个力的作用，而这两个力使饮料瓶处于静止状态，这两个力互为平衡力，大小相等，方向相反。
问题2：在探究“滑动摩擦力的大小与哪些因素有关”时，如何利用了二力平衡的条件？
[答案] 实验中让滑块保持匀速直线运动，则滑块处于平衡状态，在水平方向受拉力和摩擦力，这两个力大小相等，方向相反，故弹簧测力计的示数反映的就是滑动摩擦力的大小。
问题3：用弹簧测力计测量物体重力时，为什么一定要求在弹簧测力计稳定时读数？
[答案] 因为只有当弹簧测力计稳定时物体才处于平衡状态，物体所受的拉力和重力才互为平衡力，大小相等，方向相反。