資源簡介

4.3《共點力的平衡》課時教案
學科 物理 年級冊別 高一上冊 共1課時
教材 魯科版必修第一冊 授課類型 新授課 第1課時
教材分析
教材分析
本節內容位于魯科版高中物理必修第一冊第四章第三節，是力學知識體系中的關鍵環節。在學習了重力、彈力、摩擦力及力的合成與分解后，學生已具備研究多個力作用下物體狀態的基礎。“共點力的平衡”不僅是前幾節知識的綜合應用，更是后續學習牛頓運動定律的重要鋪墊。教材通過生活實例引入，引導學生從受力分析出發，建立平衡條件模型，并結合實驗探究得出結論，體現了“從生活走向物理”的課程理念。
學情分析
高一學生剛接觸高中物理，雖具備初中力學基礎，但對矢量運算、受力分析仍顯薄弱。他們思維活躍，樂于動手，但抽象建模能力不足，易將“靜止”等同于“平衡”，忽視勻速直線運動狀態。此外，部分學生在正交分解法的應用中存在方向混淆問題。針對此，教學中應強化情境體驗與可視化演示，借助小組合作降低認知難度，利用動態模擬幫助理解合力為零的本質，逐步提升科學思維與探究能力。
課時教學目標
物理觀念
1. 理解共點力的概念，能判斷多個力是否為共點力；掌握共點力平衡的條件：合力為零，并能用正交分解法表達為Fx=0、Fy=0。
2. 能識別生活中處于共點力平衡狀態的實例，如懸掛的燈、勻速上升的電梯等，建立物理與生活的聯系。
科學思維
1. 經歷從具體現象到抽象模型的建構過程，提升受力分析能力和矢量合成的邏輯推理能力。
2. 運用等效替代思想分析多力平衡問題，發展系統化解決問題的策略意識。
科學探究
1. 設計并完成“驗證共點力平衡條件”的實驗，學會使用彈簧測力計測量拉力，記錄數據并進行誤差分析。
2. 在合作探究中提出假設、設計方案、收集證據，培養實證精神和團隊協作能力。
科學態度與責任
1. 感悟物理學中“平衡”所蘊含的和諧之美，體會精確測量與嚴謹推理在科學研究中的重要性。
2. 認識橋梁、吊車等工程結構中的平衡原理，增強將物理知識應用于實際的責任感與興趣。
教學重點、難點
重點
1. 共點力平衡的條件：合力為零（或Fx=0，Fy=0）。
2. 對物體進行正確的受力分析，并應用平衡條件解決簡單實際問題。
難點
1. 在復雜情境中準確識別共點力并建立坐標系進行正交分解。
2. 理解“勻速直線運動”也屬于平衡狀態，突破“靜止即平衡”的片面認知。
教學方法與準備
教學方法
情境探究法、合作探究法、講授法、實驗法
教具準備
多媒體課件、彈簧測力計三只、滑輪組、細繩、鉤碼若干、白板支架、電子白板
教學環節 教師活動 學生活動
情境導入
【5分鐘】 一、創設真實情境，激發探究欲望。 （一）、播放視頻：城市天際線中的力學奇跡。
教師播放一段精心剪輯的城市航拍視頻：畫面中，巨大的塔吊穩穩吊起鋼筋水泥，在空中緩緩移動；斜拉橋上鋼索如琴弦般繃緊，承載著川流不息的車輛；商場中懸掛的藝術吊燈在微風中輕輕擺動后恢復靜止。鏡頭特寫鋼索、吊鉤、燈鏈的連接點。
提問：“這些看似靜止或勻速運動的結構為何不會倒塌或墜落？是什么力量讓它們維持穩定？”引導學生關注“連接點”的受力情況。
過渡語：“古人云‘牽一發而動全身’，現代工程則靠‘千絲萬縷之力達于均衡’。今天，我們就來揭開這‘均衡’背后的物理密碼——共點力的平衡。”
（二）、展示實物模型，引發認知沖突。
教師拿出一個由三根細繩懸掛于O點的小環，每根繩末端各掛不同數量的鉤碼，使小環保持靜止。邀請一名學生上臺輕輕撥動小環，松手后觀察其自動回位。
追問：“這個小環為什么總能回到原位？它受到幾個力的作用？這些力有什么共同特點？”鼓勵學生描述看到的現象，并嘗試畫出受力示意圖。
預設生成：有學生可能認為“只要不動就是平衡”，忽略勻速狀態；也有學生難以準確畫出三個拉力的方向交匯于一點。
設計意圖：以震撼的工程實景切入，迅速吸引注意力，體現物理服務于社會的價值；通過可操作的小型裝置制造認知沖突，激活已有經驗，自然引出“共點力”與“平衡”兩個核心概念，為后續探究埋下伏筆。 1. 觀看視頻，感受生活中的平衡現象。
2. 描述所見物體的運動狀態與受力猜想。
3. 上臺參與互動，觀察小環回位現象。
4. 初步思考“靜止”與“平衡”的關系。
評價任務 觀察能力：☆☆☆
表達清晰：☆☆☆
參與積極：☆☆☆
設計意圖 通過真實、震撼的情境激發學習興趣，建立物理與工程實踐的聯系；利用可操作的小實驗引發認知沖突，促使學生主動思考“平衡”的本質，為構建科學概念提供感性基礎。
新知建構
【12分鐘】 一、定義共點力，明確研究對象。 （一）、提煉共點力概念，辨析典型圖例。
教師在電子白板上依次呈現四組圖示：
① 三人同時推一輛汽車，力作用于車身不同位置（非共點）；
② 一盞吊燈由兩根對稱斜拉的繩子懸掛，兩拉力與重力交于燈座中心（共點）；
③ 斜面上的木塊受重力、支持力、摩擦力，三力匯于重心（共點）；
④ 門被把手推開，力作用于邊緣，轉軸處有力矩（非共點）。
組織學生分組討論：哪些情況屬于共點力？判斷依據是什么？
待小組匯報后，教師總結：“當多個力作用于同一物體且其延長線交于同一點時，這些力稱為共點力。注意：力可以不直接作用于該點，但必須共點。”強調“作用線相交于一點”是關鍵特征。
（二）、回顧牛頓第一定律，定義平衡狀態。
提問：“根據牛頓第一定律，物體在不受外力或合外力為零時，將保持什么狀態？”引導學生回憶“靜止或勻速直線運動”。
進一步設問：“如果一個物體受多個共點力作用但仍保持靜止或勻速直線運動，說明什么？”
學生回答后，教師明確：“這表明這幾個共點力的合力為零，我們稱物體處于共點力平衡狀態。”
板書定義：共點力平衡——物體在共點力作用下保持靜止或勻速直線運動狀態，此時合力F合=0。
特別強調：“勻速直線運動也是平衡狀態！”并通過動畫演示小車在光滑水平面受兩個等大反向拉力作用下的勻速運動，破除“只有靜止才是平衡”的誤區。
二、推導平衡條件，建立數學模型。 （一）、從矢量合成到正交分解。
提問：“如何判斷三個不在同一直線上的力是否合力為零？”引導學生想到作圖法（首尾相連成閉合三角形）。
演示：用三只彈簧測力計互成角度拉一個小環至靜止，記錄三個力的大小與方向，在黑板上按比例畫出力的矢量圖，發現首尾相連恰好構成閉合三角形。
結論：三個共點力平衡時，任意兩個力的合力與第三個力等大反向。
進一步拓展：“若力更多或角度復雜，作圖法繁瑣。有沒有更普適的方法？”引出正交分解法。
講解：將所有力沿x軸和y軸分解，若x方向合力為零（ΣFx=0），y方向合力也為零（ΣFy=0），則整體合力為零。
舉例：斜面上靜止的木塊，建立沿斜面和垂直斜面的坐標系，列出Fx=0、Fy=0的方程。
設計意圖：通過對比圖例深化對“共點”的理解；借助已有定律自然過渡到平衡狀態的定義；通過實驗驗證與數學推導相結合，幫助學生從形象思維邁向抽象建模，掌握兩種分析工具。 1. 分組討論圖例，辨析共點力。
2. 回憶牛頓第一定律，理解平衡狀態。
3. 觀察實驗，驗證合力為零。
4. 學習正交分解法，構建數學模型。
評價任務 概念辨析：☆☆☆
規律歸納：☆☆☆
模型構建：☆☆☆
設計意圖 采用“辨析—歸納—建模”的路徑，幫助學生精準把握“共點力”與“平衡狀態”的內涵；通過實驗直觀驗證閉合三角形法則，增強可信度；引入正交分解法作為通用解題工具，提升處理復雜問題的能力，體現物理方法的層次性與普適性。
實驗探究
【10分鐘】 一、設計實驗方案，明確操作步驟。 （一）、提出問題：如何定量驗證三力平衡條件？
教師引導：“剛才我們看到三力構成閉合三角形，能否用數據證明ΣFx=0、ΣFy=0？”
分組討論任務：每組設計一個實驗方案，利用提供的器材（彈簧測力計、滑輪、鉤碼、細繩、白板支架）驗證三個共點力平衡時，x、y方向合力均為零。
提示關鍵點：如何保證三力共點？如何確定力的方向？如何測量力的大小？如何建立坐標系？
巡視指導，鼓勵學生畫出實驗裝置草圖，明確各力來源（如鉤碼重力提供拉力）。
（二）、規范操作流程，采集實驗數據。
待各組提交方案后，教師投影最優設計：將兩個滑輪固定在白板兩側，一根細繩繞過滑輪連接鉤碼，另一端系于O點小環；第三根繩直接豎直向下掛鉤碼。O點即為共點。
強調操作要點：
① 調整滑輪高度使三繩在同一平面；
② 待系統穩定后讀取三個測力計示數；
③ 用量角器測量兩斜繩與豎直方向夾角θ 、θ ；
④ 記錄數據表格：
F (N) F (N)F (N) θ (°)θ (°)
學生分組實驗，教師巡回檢查，糾正錯誤操作（如視線未平視刻度、未等穩定就讀數）。
二、處理實驗數據，得出科學結論。 （一）、計算分力，驗證平衡條件。
指導學生根據公式計算x、y方向合力：
ΣFx = F sinθ - F sinθ （注意方向）
ΣFy = F cosθ + F cosθ - F
要求每組至少完成兩組不同配重的數據測量與計算。
提問：“你們計算出的ΣFx和ΣFy接近多少？是否存在誤差？可能原因有哪些？”
引導學生分析誤差來源：滑輪摩擦、繩重、讀數誤差、角度測量偏差等。
（二）、形成共識，總結實驗結論。
匯總多組數據，展示ΣFx≈0、ΣFy≈0的結果分布圖。
師生共同總結：“實驗表明，在實驗誤差允許范圍內，三個共點力平衡時，x方向合力為零，y方向合力也為零。這驗證了我們的理論預測。”
設計意圖：讓學生親歷“提出問題—設計方案—實驗驗證—數據分析—得出結論”的完整探究過程，培養科學探究素養；通過動手實踐加深對平衡條件的理解，體會“理論+實驗”是物理學發展的基本范式。 1. 小組合作設計實驗方案。
2. 動手搭建裝置，規范操作測量。
3. 記錄數據，計算分力合力。
4. 分析誤差，歸納實驗結論。
評價任務 方案合理：☆☆☆
操作規范：☆☆☆
結論正確：☆☆☆
設計意圖 通過自主設計與動手操作，提升學生的探究能力與實踐意識；在數據處理中強化數學工具的應用；通過誤差分析培養實事求是的科學態度，理解理想模型與現實差異的關系，深化對物理規律適用條件的認識。
典例精講
【8分鐘】 一、解析典型例題，示范解題規范。 （一）、例題1：輕繩懸掛小球的張力計算。
投影題目：“如圖所示，一質量為m=2kg的小球用兩根輕繩AC和BC懸掛，AC水平，BC與豎直方向成37°角，小球靜止。求兩繩的拉力大小。（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g=10m/s ）”
教師示范解題四步法：
① 明確對象：選取小球為研究對象；
② 受力分析：畫出小球受重力G、AC拉力T 、BC拉力T 的示意圖，標注角度；
③ 建立坐標：以小球為中心，水平向右為x軸正方向，豎直向上為y軸正方向；
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
強調：必須先畫受力圖，再列方程，養成規范習慣。
（二）、例題2：斜面上物體的支持力與摩擦力。
題目：“一物塊靜止在傾角θ=37°的斜面上，質量m=5kg，求斜面對物塊的支持力N和摩擦力f。”
引導學生思考：是否仍用水平-豎直坐標系？提示“沿斜面分解更簡便”。
師生共同完成：
建立x軸沿斜面向下，y軸垂直斜面向上；
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；
總結：“選擇合適的坐標系可簡化計算，通常使盡可能多的力落在坐標軸上。”
設計意圖：通過階梯式例題訓練，鞏固受力分析與正交分解技能；強調解題規范與思維流程；滲透“坐標系選擇優化”策略，提升解決問題的靈活性與效率。 1. 聽講例題，學習解題步驟。
2. 參與互動，回答教師提問。
3. 模仿畫圖，練習列式計算。
4. 理解坐標系選擇的優化策略。
評價任務 圖示準確：☆☆☆
方程正確：☆☆☆
計算無誤：☆☆☆
設計意圖 通過典型例題的精細化講解，幫助學生掌握解決共點力平衡問題的標準流程；強化“受力分析—建系分解—列式求解”的思維鏈條；通過變式訓練提升遷移能力，為獨立解題打下堅實基礎。
遷移應用
【6分鐘】 一、設置挑戰任務，促進深度理解。 （一）、任務1：破解“不可能三角”魔術。
出示一張圖片：一個金屬環被三根細線吊起，每根線下掛相同重量的砝碼，但三線夾角明顯不對稱，金屬環卻保持靜止。
提問：“這違反平衡條件嗎？請分析其中奧秘。”
引導學生發現：三力雖大小相等，但方向不對稱，無法滿足ΣFx=0。真相可能是某根線穿過隱藏滑輪改變了方向，或存在磁力干擾——提醒學生注意真實情境中的隱蔽因素。
（二）、任務2：設計一座微型吊橋。
發放任務卡：“現需用兩根最大承受力為15N的繩子吊起一個重20N的模型車廂，如何布置繩子角度才能確保安全？”
要求學生計算：設兩繩對稱，與豎直方向夾角為θ，則每繩拉力T = G/(2cosθ)，令T≤15N，解得cosθ≥2/3→θ≤48.2°。
組織小組討論設計方案，并用繪圖軟件或手繪示意。
展示優秀方案，表揚創新思維。
設計意圖：通過“反常現象”激發批判性思維，理解物理規律的普適性與實際問題的復雜性；通過開放性工程任務，實現知識向能力的轉化，培養創新意識與社會責任感。 1. 分析魔術背后的物理原理。
2. 小組合作設計吊橋承重方案。
3. 計算角度范圍，驗證可行性。
4. 展示成果，交流設計思路。
評價任務 思維縝密：☆☆☆
方案可行：☆☆☆
表達清晰：☆☆☆
設計意圖 通過“魔術揭秘”提升學生質疑與探究能力；以真實工程問題為載體，推動知識遷移與綜合應用；在合作設計中發展創新思維與實踐能力，體現“做中學”的教育理念。
課堂總結
【4分鐘】 一、升華主題，寄語未來。 （一）、結構化回顧核心知識。
教師帶領學生快速回顧：
“今天我們從城市的建筑奇觀出發，聚焦‘共點力的平衡’：首先明確了什么是共點力——作用線交于一點的力；接著定義了平衡狀態——靜止或勻速直線運動；然后通過實驗與推理，得出了平衡的條件——合力為零，即ΣFx=0、ΣFy=0；最后通過例題與任務，學會了如何應用這一條件解決實際問題。”
二、激勵性結語，點燃科學夢想。 “同學們，平衡不只是力學中的一個狀態，它更是一種智慧。古有‘不偏不倚，允執厥中’的中庸之道，今有工程師們用精確計算實現千米跨海大橋的巍然屹立。每一個看似靜止的瞬間，背后都是無數力量的精密博弈與完美協調。希望你們不僅能用公式求解T 和T ，更能從中領悟到：人生亦如力學系統，唯有認清各方‘力’的影響，理性分析，才能找到屬于自己的平衡點，在紛繁世界中穩健前行。愿你們未來都能成為自己命運的‘結構工程師’，構筑起既穩固又優美的生命之橋！” 1. 跟隨教師回顧知識點。
2. 理解平衡的哲學意義。
3. 感悟物理與人生的關聯。
4. 樹立科學探索的信心。
評價任務 知識梳理：☆☆☆
情感共鳴：☆☆☆
價值認同：☆☆☆
設計意圖 通過結構化回顧強化知識體系；以富有哲理的激勵語言升華主題，將物理規律延伸至人生智慧，激發學生的情感共鳴與價值認同，實現知識、能力、情感的三維統一，留下深刻而溫暖的課堂印記。
作業設計
一、基礎鞏固：完成下列計算題
1．如圖，女孩用與水平方向成、大小的拉力拉一個質量的箱子，使其在水平地面上勻速前進。重力加速度，，。 （1）請畫出箱子的受力分析圖； （2）求地面對箱子的支持力大小； （3）求箱子與水平地面間的動摩擦因數。 2. 一根輕桿AB兩端分別用細繩懸掛在天花板上，桿中點掛一重物G=100N，兩繩與天花板夾角均為53°。求每根繩的拉力大小。（sin53°=0.8，cos53°=0.6）
二、能力提升：分析生活實例
觀察家中吊燈或陽臺晾衣架的懸掛方式，拍照并繪制其受力示意圖，說明哪些力是共點力，是否滿足平衡條件。若有多個吊點，請嘗試分析每個節點的受力情況。
三、拓展探究：撰寫微型報告
查閱資料，了解埃菲爾鐵塔或港珠澳大橋的某個關鍵連接部位是如何實現力學平衡的。寫一段200字左右的文字，描述其結構特點與平衡原理，附上示意圖更佳。
【答案解析】
一、基礎鞏固
1. 解：（1）見解析；（2）；（3） 【詳解】（1）箱子的受力如圖所示 （2）箱子在水平地面上勻速前進，豎直方向根據受力平衡可得 解得地面對箱子的支持力大小為 （3）水平方向根據受力平衡可得 又 聯立解得箱子與水平地面間的動摩擦因數 2. 解：取連接點為研究對象，兩繩拉力T對稱。
豎直方向：2Tcos53° = G → 2T×0.6 = 100 → T = 83.3N
答：每根繩拉力約83.3N。
二、能力提升
提示：注意區分單點懸掛與多點懸掛；對于多點結構，可逐個節點分析；拍照需清晰顯示連接方式。
板書設計
§4.3 共點力的平衡
【左側】概念區
● 共點力：作用線交于同一點的力
→ 示例：吊燈、斜拉橋、三繩拉環
● 平衡狀態：靜止 或 勻速直線運動
→ 牛頓第一定律 → F合=0
【中部】規律區（主板書）
★ 平衡條件：
F合 = 0 ΣFx = 0
　　　　　　ΣFy = 0
← 閉合三角形法 → 正交分解法 ↑
【右側】應用區
例：小球懸掛
T = T sinθ
T cosθ = mg
→ 解題四步：
選對象 → 畫受力 → 建坐標 → 列方程
教學反思
成功之處
1. 以城市工程實景導入，極大提升了學生的學習興趣與學科認同感，實現了“從生活走向物理”的理念落地。
2. 實驗探究環節設計開放，學生自主設計方案并動手驗證，有效培養了科學探究能力與團隊協作精神。
3. 課堂總結將物理規律升華為人生智慧，語言富有感染力，引發了學生的情感共鳴，實現了價值觀的自然滲透。
不足之處
1. 部分學生在正交分解時仍出現符號錯誤，特別是x方向分力的方向判斷，需在后續練習中加強針對性訓練。
2. 實驗環節時間略緊，個別小組未能完成兩組數據測量，今后可提前分發數據表或簡化記錄格式以提高效率。
3. 對“勻速直線運動屬于平衡狀態”的強調仍顯不足，少數學生在作業中仍將平衡等同于靜止，需在后續課程中反復強化。

展開更多......

收起↑