高中物理人教版 (2019)必修 第一册共点力的平衡表格教学设计

这是一份高中物理人教版 (2019)必修 第一册共点力的平衡表格教学设计，共5页。教案主要包含了基于情境，提出问题，分析问题，展开探究，意义建构，深度理解，小结巩固，拓展应用等内容，欢迎下载使用。
课程基本信息
学科
高中物理
年级
高一
学期
春季
课题
3.5 共点力的平衡
教科书
书 名：普通高中物理教材 必修 第一册
出版社：人民教育出版社 出版日期：2019年6月
教学目标
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. 通过设计实验探究共点力的平衡条件，培养设计并制定实验方案、获取和处理数据、
基于证据得出结论的能力。
4. 会用共点力平衡的条件，解决生产、生活中的实际问题,体会物理学知识的实际应用价值。
教学内容
教学重点：探究共点力的平衡条件。
教学难点：推理得出共点力的平衡条件。
重难点分析：共点力平衡条件是二力平衡条件的进一步延伸和拓展,也是高中阶段运动和相互作用关系研究的起点，为后续学习“合力不为 0时，物体运动状态如何变化”进行铺垫，在形成运动与相互作用观的过程中具有承上启下的作用。因此，探究共点力的平衡条件是本节课的教学重点。物体受共点力情境相较于受二力或同一直线上的受力情境更为复杂,受力分析本身对学生来说就有一定难度,而利用平行四边形定则进行力的合成和分解为新学知识，学生使用还不熟练。在这种情况下,学生很难想到利用力的合成和分解作为桥梁建立二力平衡条件与共点力平衡条件之间的联系。因此,使用演绎推理方法得出共点力的平衡条件对学生的逻辑思维及知识储备要求较高，为本节课的教学难点。
重难点教学策略：首先，从二力平衡的情境出发,用合力的角度描述二力平衡条件即合力为 0。然后，将情境拓展为同一直线上的多力问题,学生很容易过渡到先将同方向的力进行合成，再根据二力平衡的条件来判断合力情况。最后，将情境一般化为物体受到不同方向上的共点力, 启发学生根据力的平行四边形定则把多个力合成为两个力进行分析或者把不同方向上的力分解到同一直线上进行分析。从从特殊到一般, 简单到复杂,为学生搭建思维台阶，并引导学生进行知识和方法的迁移，最终总结得出共点力的平衡条件：合力为 0。
教学过程
基于学习进阶的《共点力平衡》教学设计
一、基于情境，提出问题
情境1——视频“平衡的艺术”
设计意图：让学生感性认识到生活中的平衡，激发学生的学习兴趣，吸引学生尽快走进物理课堂，进而引出本节的课题。
情境2——阅读教材P76 “问题”栏目，并讨论提出的问题
教师活动：组织学生讨论,引导学生对共点力的概念回顾，同时对共点力和平行力进行区分。
学生活动：小组内分析讨论;小组之间进行交流。
进阶1 通过比较平行力，深入理解共点力。
提出问题：共点力作用下的物体，处于平衡状态的条件是什么呢？
二、分析问题，展开探究
教师活动：组织、引导学生用己有的知识储备和生活经验对“共点力作用下的物体，处于平衡状态的条件？”进行猜想，并通过以下三个任务对此问题进行探究。
探究任务1 先用一个拉力静止悬挂钩码，再用两个竖直向上的拉力作用下静止悬挂钩码，探究同一直线上的共点力作用下物体平衡的条件。
图2
图1
(1）如图1，请对钩码进行受力分析,计算钩码所受合力大小是多少？
（2）如图2，再给钩码施加一个拉力，钩码仍保持静止，此时钩码所受的合力是多少？
学生活动：先独立思考解决,之后小组讨论交流。
教师活动：引导学生从合力角度初步思考共点力平衡的条件，并得出同一直线上共点力的平衡条件。
进阶2：问题(1)利用简单模型，复习二力平衡的条件为：两个力大小相等,方向相反,作用在同一直线上，即此时物体所受合力为零。问题(2）在问题(1）的基础上添加同一直线上的力，学生一般能够想到先将同一方向上的力进行合成，等效为两个力，并根据物体的平衡状态及二力平衡条件得出此时物体所受合力也为零的结论,进一步引导学生总结得出同一直线上共点力的平衡条件。
探究任务2 探究两个互成夹角的拉力作用下静止悬挂钩码的合力。
学生活动：小组合作讨论，确定实验目的、实验原理、实验器材、实验步骤及实验数据记录与处理。
图3
图4
教师活动：组织学生分组讨论并适当指导，最终制定如图3实验设计。
教学建议：在学生开始设计前，教师可以提出如下问题引导学生思考。
(1）如何测量和表示力的大小和方向？
(2）如何作图法求解两个力的合力？
(3）从哪个角度处理实验数据得到共点力的合力为0更易操作？（从合力、分力以及二力平衡三个角度考虑）
学生活动：小组代表展示本组方案;小组之间讨论，对实验方案的不足之处提出修改意见和建议;最后各小组在讨论基础上进行修改和完善，确定最佳方案进行实验展示和数据处理加以验证。
进阶3：通过互成夹角共点力作用下物体平衡条件的探究，将“合力为零”这一条件由特殊推广到一般，由简单延伸到复杂，最终成为普适规律。
探究任务3 思考并完成教材例题1
教师：带领学生学习该例题的分析和解题过程，经历解决共点力作用下物体平衡的力学问题的过程，初步形成解题方法。
进阶3：通过该例题解析，完善了共点力作用下的平衡状态即匀速直线运动状态问题的处理，将规律提升至解决生活中实际问题，理论联系实际。
三、意义建构，深度理解
探究任务4 思考并完成教材例题2
活动：学生根据例题2先独自完成解题，然后小组集中，解法分类讨论。对照课本解析，最后总结，形成方法。通过对不同分析方法的比较，从不同角度分析探究任务2中的物体受力情况，得到共点力平衡系件的不同表达方式,深化对共点力平衡条件的理解。
进阶4： 使学生逐步形成解决平衡类问题的一般思维路径：确定研究对象，进行受力分析,认识作用效果(平衡状态)，根据共点力平街条件建立数学关系。强化学生对“物体平衡”和“所受合力为0”二者的关联性的认识，促进学生运动与相互作用观的形成。
进阶5：共点力的平衡条件除了可以从合力角度直接表达为合力为 0,还有以下两种表述：
(1从分力的角度表述：把物体所受的各个力在两个垂直方向上进行分解，在每个方向上物体所受的合力为 0；
2）从二力平衡的角度表达：把物体所受的力按平行四边形定则依次合成，最终合成为两个力，则这两个力合力为 0.
设计意图：通过从不同角度分析同一问题,让学生了解不同的思维过程，提高用力的合成与分解解决问题的能力,深化对共点力平街条件的认识和理解，为其后续灵活运用平街条件解决实际问题进行思维方法上的铺垫。
四、小结巩固，拓展应用
小结：
（1）什么是共点力？共点力平衡的条件是什么？
（2）总结归纳解决共点力平衡问题一般方法和步骤：明确研究对象——受力分析（画受力示意图）——进行力的合成或者正交分解（依据平行四边形定则）——建立方程（三角函数、平衡关系）
拓展应用：完成教材课后“练习与应用”栏目第 1题。
进阶6：本题考查对共点力平衡条件的理解和应用。如果学生对本节共点力平衡条件的推出过程有清晰的思路,很容易从二力平衡角度分析 F2、F3、F4、F5四个力的合力与F大小相等、方向相反。本题能使学生更好地理解多个共点力的平衡与二力平衡本质上的一致性。