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《实验探究共点力的平衡》教学设计

课题名称

实验探究共点力的动态平衡问题

教学设计意图

共点力平衡中的动态平衡问题一直是教学中的难点，是考查学生分析、推理能力的重要题型，一直是高考考查的热点内容。因此掌握分析这种问题的一般方法，在高一新课学习乃至高三物理复习中都有着举足轻重的地位。

本节课通过学生实验探究能使学生直观明了的解决该类问题。

内容来源

高中物理必修1第三章(人教版)

教学对象

1.学生的好奇心和求知欲比较强烈，学习兴趣浓厚。

2.学生明确了共点力平衡的条件，基本上能够运用平行四边形定则来解决平衡问题，具有一定的逻辑思维和理论推导能力

3.学生科学探究过程的经历并不丰富，设计实验、并顺利完成实验探究的过程是一个挑战

教学三维目标

1.知识与技能：会用共点力动态平衡规律解决实际问题

2.过程与方法：在探究活动中提高学生提出问题，解决问题的能力

3.情感态度与价值观：培养学生认真严谨的科学态度及探究创造的心理品质

实验器材

约1米高的铁架台、弹簧测力计、滑轮、钩码、重锤线、自制量角器、静力传感器、细绳若干、自制支架及标线

教学重点

1.完成共点力的动态平衡探究过程

2.对实验现象和数据进行分析，归纳得出共点力的动态平衡问题的规律

3.理论推导证明实验结论

教学难点

1.对实验现象和数据进行分析，归纳得出共点力的动态平衡规律。

2.应用该规律来解决实际问题

教学方法

实验探究、小组合作

教学过程设计

复习回顾：1.三个共点力平衡的特点？

（1）三个力的合力为零。

（2）三个力中任意两个力的合力与第三个力等大反向

（3）三个力平衡时，这三个力首尾连接构成封闭的矢量三角形。

2.什么是共点力的动态平衡？

（1）通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，从宏观上看，物体的运动是变化的，但从微观上理解是平衡的，即任一时刻物体均处于平衡状态

（2）解题方法

图解法、平衡方程式法、相似三角形法

（3）本节课提出一种新方法实验法

一.创设情境

情境1

设计意图：引导学生提出问题，带着问题进入实验探究

1.两侧弹簧测力计拉力大小是否相等？两侧绳子与竖直方向的夹角是否相等？

2.合力一定时，两个分力的夹角越大，两个分力的大小如何变化？反之，两个分力的夹角越小，两个分力的大小如何变化？

次数

弹簧秤N

夹角

弹簧秤M

1

90

2

60

3

120

结论：当钩码质量一定的情况下。M、N拉力夹角减小，则两拉力都减小

N拉力夹角增大，则两拉力都增大。

创设情境2：思考：在光滑斜面上当绳子从

水平方向缓慢向上偏移时，球对斜面的压力和

细绳上的拉力将如何变化？

实验探究一

（1）实验装置设计：

因为找不到光滑的斜面，由于本问题支持力方向不变，在设计本实验，想到用绳子拉力替代斜面的支持力，并让这个力方向不变，用拴在铁架台上的蓝色绳子表示支持力的方向，就解决了光滑斜面的问题，如右图。

（2）数据表设计

次数

???弹簧秤1/N

（支持力大小）

二力

夹角/度

????????弹簧秤2/N

（拉力大小）

1

2

3

4

5

（3）数据表记录

次数

???弹簧秤1/N

（支持力大小）

二力

夹角/度

????????弹簧秤2/N

（拉力大小）

1

4.50

150

3.50

2

2.50

120

2.50

3

2.20

90

2.00

4

2.00

80

2.10

5

1.80

60

2.30

实验结论：随着夹角变小，支持力减小，拉力先减小后增大，其中在支持力和拉力的夹角为90度时，拉力最小。

（4）右图采用静力传感器探究，结论是：球对斜面的压力，N逐渐减小，绳子的拉力T

先减小后增大

通过静力传感器可以实现俩侧绳子力的大小的实时测量和对比，实验现象直观数据准确

作图分析，由分析可知，

球对斜面的压力，N逐渐减小，

绳子的拉力T先减小后增大，

实验与理论吻合。

创设情境3：

如右图:小球在光滑半球面上缓慢移动，

各力如何变化？

实验探究二

（1）实验装置设计：因为找不到光滑的圆面，在设计本实验时，想到圆是由线段绕着一个端点做圆周，本实验就将绳子的一端固定，让另一端旋转，在旋转的一段挂上200克钩码，类似上面的实验设计，用拉力替代圆面的支持力，注意在数据测量的时候，要使拉力与圆的半径共线，且要在操作时注意充当半径的绳子时刚好拉直，但没拉力。本实验还利用定滑轮，使拉动绳子时，操作方便。

数据表设计

次数

???弹簧秤1/N

（支持力大小）

二力

夹角/度

????????弹簧秤2/N

（拉力大小）

1

2

3

4

数据记录

次数

???弹簧秤1/N

（支持力大小）

二力

夹角/度

????????弹簧秤2/N

（拉力大小）

1

1.41

90

1.50

2