二力平衡的条件教学设计

二力平衡的条件教学设计

【导入】［课前叫一位同学上来表演“单脚站立”，看他能坚持多长时间，一会儿，该同学失去了平衡］

【师】刚才这位同学失去了平衡，什么叫平衡呢？

（静止状态）

【师】你在匀速行驶的公交车上能表演“单脚站立”吗？

（能）

【师】如果汽车速度不变，转了个弯，你还能维持“单脚站立”吗？

（不行）

【师】谁来说说物体的平衡状态包括哪两种状态？

（静止状态或匀速直线运动状态）

【师】很好。还是回顾一下牛顿第一定律，但第一定律说物体在怎样的条件下，可以维持静止状态或匀速直线运动状态？

（不受外力的情况下）

【师】那刚才这位同学单脚站立时有没有受到外力呢？

（受到外力了）

【师】你能说出他受到了哪些外力吗？

（重力，地面给他的支持力）

【师】牛顿第一定律告诉我们力是改变物体运动状态的原因。为什么物体受到两个力，物体运动状态反而不变呢？

（这两个力的作用效果正好相反，互相抵消了）

【师】很好，这位同学看清了问题的本质，在现实生活中，物体往往同时受多个力的作用，而处于静止或匀速直线运动状态。我们称物体在受到几个力的作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这几个力相互平衡。

【师】在受力的前提下，一个物体提要保持平衡状态，至少需要几个力？

（两个力）

【师】如果物体在两个力的作用下达到平衡状态，我们就说这两个力互相平衡，二力平衡是最简单的力的平衡。

【师】那物体受到两个力是不是一定就会平衡呢？

（不一定，两匹马拉一架马车，马车的速度改变得更快）

【师】那作用在物体上的两个力，需要满足怎样的条件才能使物体平衡呢？

（两个力的大小应该相等）

【师】很好，这样力的作用效果才有可能抵消。

（应该作用在同一物体上）

【师】有道理，如果作用在不同物体上，力的作用效果肯定是不能抵消的。

（方向应该相反）

【师】是不是两个大小相同的力作用在同一个物体上，方向相反就一定会平衡了呢？

［教师也是我方向盘时的动作，一只手握在方向盘的左边，另一只手握在方向盘的右臂，两只手用力大概相等，方向相反，方向盘却转动了起来，并没有维持在平衡状态］

（两个力在同一直线上）

【师】很好，两个力必须同时作用在物体的重心上，才能使力的效果完全抵消，当两个方向相反的力，同时作用在重心上，相当于两个在同一直线上。因此我们猜想两个力要互相平衡，

必须满足这三个条件。但这还只是我们的经验之谈，要将它上升为科学结论，必须经过实验的验证，那我们应该怎样设计实验来验证二力平衡的条件呢？

【师】首先请同学们说一说实验的思想？

（我觉得可以采用对照的实验思想，通过破坏我们要研究的平衡条件，再看物体能否继续维持在平衡状态）

【师】有道理，那如何设置对照组呢？

（可以进行前后对照）

【师】如何排除其他因素的干扰呢？

（在原先平衡的基础上，每次只破坏一个条件）

【师】很好，接下来就请同学们前后四人一小组，设计实验方案，使之能验证我们提出的猜想。

（学生讨论，活动）

［学生实验方案预测:在力的大小的改变和控制上，肯定有的同学会想到用弹簧测力计，教师要循问他们如何用弹簧测力计控制力的大小一定；在受力物体的选择上，肯定有的同学会想到用小车；在如何改变力的方向问题上，学生会有困难，教师要加以指导］

【师】下面请各小组代表上来汇报一下你们的实验设计。

（学生汇报，教师指点）

［教师拿出实验室验证二力平衡条件的实验仪器］

【师】同学们看，这就是我们实验室验证二力平衡条件的实验仪器，同学们看他是如何改变和控制力的大小的？

（通过增减钩码）

【师】看，是不是很方便。当然研究力的方向是否要在同一直线上时，如何破坏呢？

（可以扭转小纸片，这样力的方向就不在同一直线上了）

【师】如果我要改变力的方向，使他们朝一个方向时，该怎么做？

（将纸片向下拉，这样力的方向都朝上了）

【师】如果要研究是否一定要作用在同一个物体上该怎么办？

（用剪刀将小纸片剪成两段）

【师】同学们看这个实验是不是设计的很精巧，很便捷。接下来我们就来用这个仪器探究一下。

（教师演示各个条件的探究过程）

【师】经过了实验的验证，我们刚才的猜想就上升为科学结论:两个力要平衡，必须满足哪三个条件？

（①大小相同，

②方向相反且在同一条直线上

③作用在同一个物体上）

【师】简称等大，反向，共线，同体。

【师】提到等大，反向，共线，同学们能不能想到前面学习的哪一种力也具有类似的性质？（相互作用力）

【师】很好，你能举出一对相互作用力的例子吗？

（火箭对空气产生一个向后的推力，空气反过来对火箭产生一个向前的推力）

【师】那请同学们思考一下，相互作用力和二力平衡之间有什么区别吗？

（相互作用力作用在相互作用的两个物体上，平衡力作用在同一个物体上）

【师】很好，相互作用力是分别作用在两个物体上的，而平衡力则是作用在同一个物体上的，只有作用在同一个物体上的两个力才能讨论他们之间是否能够平衡，而分别作用在两个物体

上的两个力是不能讨论他们能否平衡的，这是相互作用力和平衡力之间的最根本区别。【师】那相互作用力和平衡力之间还有哪些区别呢？

（相互作用力是伴随着两个物体的相互作用而产生的，它是伴随的相互作用同时产生，同时变化，同时消失的；而构成平衡力的两个力，是由不同的施力物体提供，一个力发生变化，另一个力不一定随着变化）

【师】相互作用力和平衡力之间有很多的共同之处，但也有本质的区别，同学们在分析力的问题时，千万不要将两者混为一谈。

【师】接下来请同学们翻到思考与讨论，将一只笔筒静止放在水平桌面上，你可以从中发现哪些力的存在呢？

（笔筒受到了重力，笔筒对桌面的压力，桌面对笔筒的支持力）

【师】你能判断出其中哪些力是平衡力哪些力是相互作用力？

（学生判断:笔筒受到的重力和桌面对笔筒的支持力是属于平衡力；而笔筒对桌面的压力和桌面对笔筒的支持力属于相互作用力）

【师】最后我们谈一谈知道了二力平衡的条件有什么用呢？

（二力平衡的条件可以帮助我们在一次运动状态时求力的大小）

【师】很好，同学们看这是我们熟悉的弹簧测力计，从弹簧测力计刻度盘上读出来的其实是弹簧的弹力，为什么它可以代表作用在弹簧上的拉力呢？

（弹簧在那里作用下，静止时处于二力平衡状态，拉力与弹力大小相等）

【师】很好，弹簧测力计就是根据二力平衡的原理制成的。在比如当汽车在公路上匀速行驶时，哪两个力互相平衡？

（牵引力和摩擦阻力）

【师】如果已经汽车的牵引力大小，那么就可以根据二力平衡条件求出阻力的大小。【师】反过来当知道了物体的受力情况，可以判断物体的运动状态，比如当物体受一对平衡力作用时，物体一定处于平衡状态。