3.5 共点力的平衡—【新教材】人教版（2019）高中物理必修第一册教学设计

第三章　相互作用——力
第5节　共点力的平衡
教材分析
平衡问题，学生在初中阶段已有初步了解，但仅限于于二力平衡，且不涉及共点力的概念。本节先通过具体实例提出共点力的概念，再依据二力平衡条件和力的合成，推理得出共点力平衡条件，最后应用平衡条件解决实际问题。共点力平衡的条件是本节的重点。因为共点力平衡是形成运动与相互作用观念的重要知识载体，且共点力平衡的条件在运动与相互作用观念形成过程中具有承上启下的作用。它既是二力平衡的进一步拓展和延伸，也是后续学习中深入研究“物体所受合力不为0时，运动状态如何变化”的认识基础。
教学目标与核心素养
物理观念：
（1）知道什么是共点力。　　
（2）在二力平衡的基础上，经过科学推理，得出共点力平衡的条件：物体所受合力为0。　
（3）会用共点力平衡条件解决生活和生产中的实际问题。
科学思维：通过对平衡现象的观察，培养学生观察归纳的能力。
科学态度与责任：通过共点力平衡的应用，体会物理学知识的实际应用价值。
教学过程
情景导入
如图甲乙丙丁，分别画出了重力为G的木棒在力F1和F2的共同作用下处于平衡状态的情况，这些力都位于同一平面内.
根据每幅图中各个力作用线的几何关系，可以把上述四种情况的受力分成两类，你认为哪些情况属于同一类？你是根据什么来划分的？
共点力：如果一个物体受两个或多个力作用，这些力都作用在物体上的同一点，或者它们的作用线相交于同一点，这几个力叫做共点力.
新课教学
共点力平衡的条件
导学探究1
判断下图中各物体是否处于平衡状态？处于平衡状态的物体，有何运动学特征？
甲：被踩的石头
乙：水平匀速飞行的飞机
丙：停在斜坡上的汽车
丁：向上做匀速直线运动的热气球（斜向上呢？）
戊：抛到最高点的网球
探究总结：
物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这个物体处于平衡状态。
处于平衡状态的物体，加速度为零（Δv＝0，a＝）。
物体速度为0时，不一定处于平衡状态。
思考：受共点力作用的物体，在什么条件下才能保持平衡呢？(以大人和小孩提水为例说明)
分析：F1与F2的作用效果与F的作用效果相同。F+G=0，而F=F1+F2，故F1+F2+G=0。
总结：在共点力作用下物体平衡的条件是合力为0。
1.二力平衡的条件：两力等大、反向、共线，是一对平衡力。
2.三力平衡：任意两个力的合力与第三个力等大、反向、共线。
3.多力平衡：任意一个力与其余所有力的合力等大、反向、共线。
【例1】如图，物体在五个共点力的作用下保持平衡。其中F1大小为10N，方向水平向右，求若撤去力F1，保持其余四个力不变，物体所受到的合力的大小和方向。
答案　10
N　水平向左　
解析　五个共点力平衡时合力为零，则其余四个力的合力与F1等大、反向，故其余四个力的合力大小为10
N，方向水平向左．
共点力平衡条件的应用
【例2】如图所示，一个重为G的圆球，被一段细绳挂在竖直光滑墙上，绳与竖直墙的夹角为α，则绳子的拉力和墙壁对球的弹力各是多少?
解：正交分解法
X：FN-Fsinα=0
Y：Fcosα-G=0
解得：F=G/cosα
FN=Gtanα
小结：正交分解法解题基本思路
①选择研究对象：处于平衡状态下的物体；
②对研究对象进行受力分析，画好受力图；
③建立直角坐标系（原则是尽量减少力的分解）；
④根据平衡条件列方程
⑤解方程(组)，必要时验证结论。
【例3】某幼儿园要在空地上做一个滑梯，根据空地的大小，滑梯的水平跨度确定为6
m。设计时，滑板和儿童裤料之间的动摩擦因数取0.4，为使儿童在滑梯游戏时能在滑板上滑下，滑梯至少要多高？
解:滑下满足：mgsinθ
≥
f
f
=μFN
受力平衡:
mgcosθ
-
FN=0
联立解得
tanθ
≥
μ
几何关系
tanθ
=h/b
解得
h≥
μb=2.4m