- 相關(guān)推薦
共點(diǎn)力作用下物體的平衡
共點(diǎn)力作用下物體的平衡1
教學(xué)目標
一、知識目標
1、知道什么叫共點(diǎn)力作用下的平衡狀態(tài)。
2、掌握共點(diǎn)力的平衡條件。
3、會(huì )用共點(diǎn)力的平衡條件解決有關(guān)平衡問(wèn)題。
二、能力目標
1、培養學(xué)生應用力的矢量合成法則平行四邊形定則進(jìn)行力的合成、力的分解的能力。
2、培養學(xué)生全面分析問(wèn)題的能力和推理能力。
三、情感目標
1、教會(huì )學(xué)生用辨證觀(guān)點(diǎn)看問(wèn)題，體會(huì )團結協(xié)助。
教材分析
1、通過(guò)實(shí)際（生產(chǎn)生活中）的例子來(lái)說(shuō)明怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，使學(xué)生全面理解平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線(xiàn)運動(dòng)。
2、共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件在實(shí)際中的`應用，是本節課教學(xué)的重點(diǎn)。對于不同類(lèi)型的平衡問(wèn)題，如何依據平衡條件建立方程，對于學(xué)生來(lái)說(shuō)是學(xué)習中的難點(diǎn)。(平衡系統中取一個(gè)物體為研究對象，即隔離體法處理；取二以上物體為研究對象，即整體法處理。建立方程時(shí)可利用矢量三角形法或多邊形法的合成和正交分解法來(lái)處理。)
教法建議
1、本節例題的教學(xué)重在引導學(xué)生學(xué)習分析方法。由于學(xué)生已經(jīng)掌握了動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般分析方法，教學(xué)時(shí)可先回顧動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析方法，然后引導學(xué)生遷移到靜力學(xué)問(wèn)題中去。
2、本節例題代表了兩種典型的靜力學(xué)問(wèn)題。建議教學(xué)中引導學(xué)生做出小結。
教學(xué)設計方案
第一節共點(diǎn)力作用下物體的平衡
一、平衡狀態(tài)
如果物體保持靜止或者做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，則這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)。由此可見(jiàn)，平衡狀態(tài)分兩種情況：一種是靜態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，物體運動(dòng)的速度，物體的加速度；另一種是動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，物體運動(dòng)的速度，物體的加速度。
注意：
1、物體的瞬時(shí)速度為零時(shí)，物體不一定處于平衡狀態(tài)．例如，將物體豎直上拋，物體上升到最高點(diǎn)時(shí)，其瞬時(shí)速度，但物體并不能保持靜止狀態(tài)，物體在重力作用下將向下運動(dòng)，由牛頓第二定律可得，物體此時(shí)的加速度，只有當物體能保持靜止狀態(tài)即其加速度也為零，物體才是處于靜平衡狀態(tài)。
2、物理中的緩慢移動(dòng)可認為物體的移動(dòng)速度很小，即要多小有多小，故可認為其移動(dòng)速度趨于零，因此，習題中出現“緩慢移動(dòng)”都可理解為物體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。
二、共點(diǎn)力
如果幾個(gè)力的作用點(diǎn)相同，或作用線(xiàn)(或反向延長(cháng)線(xiàn))交于一點(diǎn)，這幾個(gè)力就叫做共點(diǎn)力。
三、共點(diǎn)力的平衡條件
從牛頓第二定律知道，當物體所受合力為零時(shí)，加速度為零，物體將保持靜止或者做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，即物體處于平衡狀態(tài)，因此，在共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零，即解題的基本思路和方法：
解物體的平衡問(wèn)題的程序是：確定平衡體，作出受力圖，正交分解好，定向列方程。
第一步確定研究對象，根據題意將處于平衡狀態(tài)的物體或結點(diǎn)作為研究對象，通常用隔離體法將確定的研究對象從它所處的環(huán)境中隔離出來(lái)，但有時(shí)要將研究對象連同它的關(guān)聯(lián)物一起作為研究系統（整體法），反而運算方便，請注意研究下文將要給出的例題。
第二步進(jìn)行受力分析，作出研究對象的受力圖。這一步是解題成敗之關(guān)鍵，務(wù)必細致周到，不多不漏。（判斷分析的力是不是正確，可用假定拆除法和條件法來(lái)處理）
第三步建立坐標系或規定正方向。如何建立合適的坐標系，要看問(wèn)題的已知量、未知量而定。原則是要使力與坐標軸的夾角簡(jiǎn)單而明確，這樣可使方程明快。坐標設置不當，會(huì )引起需要使用三角中的和差化積、半角倍角公式等運算工具，使計算大為繁冗。一般選未知量的方向為坐標系的正方向為宜，建立坐標系后，把不在坐標軸上的力用正交分解法分解到坐標軸上，并畫(huà)出其分力的準確圖示備用。
第四步根據物體平衡的充要條件列出平衡方程組，運算求解，對結論進(jìn)行評估，必要時(shí)對結論進(jìn)行討論。
共點(diǎn)力作用下物體的平衡2
教學(xué)目標
一、知識目標
1、知道什么叫共點(diǎn)力作用下的平衡狀態(tài)．
2、掌握共點(diǎn)力的平衡條件．
3、會(huì )用共點(diǎn)力的平衡條件解決有關(guān)平衡問(wèn)題．
二、能力目標
1、培養學(xué)生應用力的矢量合成法則平行四邊形定則進(jìn)行力的合成、力的分解的能力．
2、培養學(xué)生全面分析問(wèn)題的能力和推理能力．
三、情感目標
1、教會(huì )學(xué)生用辨證觀(guān)點(diǎn)看問(wèn)題，體會(huì )團結協(xié)助．
教學(xué)建議
教材分析
1、通過(guò)實(shí)際（生產(chǎn)生活中）的例子來(lái)說(shuō)明怎樣的狀態(tài)是平衡狀態(tài)，使學(xué)生全面理解平衡狀態(tài)——靜止或勻速直線(xiàn)運動(dòng)．
2、條件在實(shí)際中的應用，是本節課教學(xué)的重點(diǎn)．對于不同類(lèi)型的平衡問(wèn)題，如何依據平衡條件建立方程，對于學(xué)生來(lái)說(shuō)是學(xué)習中的難點(diǎn)．(平衡系統中取一個(gè)物體為研究對象，即隔離體法處理；取二以上物體為研究對象，即整體法處理．建立方程時(shí)可利用矢量三角形法或多邊形法的合成和正交分解法來(lái)處理．)
教法建議
1、本節例題的教學(xué)重在引導學(xué)生學(xué)習分析方法．由于學(xué)生已經(jīng)掌握了動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的一般分析方法，教學(xué)時(shí)可先回顧動(dòng)力學(xué)問(wèn)題的分析方法，然后引導學(xué)生遷移到靜力學(xué)問(wèn)題中去．
2、本節例題代表了兩種典型的靜力學(xué)問(wèn)題．建議教學(xué)中引導學(xué)生做出小結．
教學(xué)設計方案
第一節
一、平衡狀態(tài)
如果物體保持靜止或者做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，則這個(gè)物體處于平衡狀態(tài)．由此可見(jiàn)，平衡狀態(tài)分兩種情況：一種是靜態(tài)平衡狀態(tài)，此時(shí)，物體運動(dòng)的速度 ，物體的加速度 ；另一種是動(dòng)態(tài)平衡，此時(shí)，物體運動(dòng)的速度 ，物體的加速度 ．
注意：
1、物體的瞬時(shí)速度為零時(shí)，物體不一定處于平衡狀態(tài)．例如，將物體豎直上拋，物體上升到最高點(diǎn)時(shí)，其瞬時(shí)速度 ，但物體并不能保持靜止狀態(tài)，物體在重力作用下將向下運動(dòng)，由牛頓第二定律可得，物體此時(shí)的加速度 ，只有當物體能保持靜止狀態(tài)即其加速度也為零，物體才是處于靜平衡狀態(tài)．
2、物理中的緩慢移動(dòng)可認為物體的移動(dòng)速度很小，即要多小有多小，故可認為其移動(dòng)速度趨于零，因此，習題中出現“緩慢移動(dòng)”都可理解為物體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)．
二、共點(diǎn)力
如果幾個(gè)力的作用點(diǎn)相同，或作用線(xiàn)(或反向延長(cháng)線(xiàn))交于一點(diǎn)，這幾個(gè)力就叫做共點(diǎn)力．
三、共點(diǎn)力的平衡條件
從牛頓第二定律知道，當物體所受合力為零時(shí)，加速度為零，物體將保持靜止或者做勻速直線(xiàn)運動(dòng)，即物體處于平衡狀態(tài)，因此，在條件是合力為零，即 ．
解題的基本思路和方法：
解物體的平衡問(wèn)題的程序是：確定平衡體，作出受力圖，正交分解好，定向列方程．
第一步確定研究對象，根據題意將處于平衡狀態(tài)的物體或結點(diǎn)作為研究對象，通常用隔離體法將確定的研究對象從它所處的環(huán)境中隔離出來(lái)．但有時(shí)要將研究對象連同它的關(guān)聯(lián)物一起作為研究系統（整體法），反而運算方便，請注意研究下文將要給出的例題．
第二步進(jìn)行受力分析，作出研究對象的受力圖．這一步是解題成敗之關(guān)鍵，務(wù)必細致周到，不多不漏．（判斷分析的力是不是正確，可用假定拆除法和條件法來(lái)處理）
第三步建立坐標系或規定正方向．如何建立合適的坐標系，要看問(wèn)題的已知量、未知量而定．原則是要使力與坐標軸的夾角簡(jiǎn)單而明確，這樣可使方程明快．坐標設置不當，會(huì )引起需要使用三角中的.和差化積、半角倍角公式等運算工具，使計算大為繁冗．一般選未知量的方向為坐標系的正方向為宜，建立坐標系后，把不在坐標軸上的力用正交分解法分解到坐標軸上，并畫(huà)出其分力的準確圖示備用．
第四步根據物體平衡的充要條件列出平衡方程組，運算求解．對結論進(jìn)行評估．必要時(shí)對結論進(jìn)行討論．
探究活動(dòng)
重心與平衡
活動(dòng)內容：探討重心與平衡的知識在實(shí)際生活中的應用．
活動(dòng)目的：
1、了解考慮物體重心的意義，知道找物體重心的方法．
2、了解物體的平衡狀態(tài)、平衡位置．知道不同平衡位置的穩定性不同，穩定性與重心的關(guān)系及在生活中的實(shí)際應用．
3、激發(fā)學(xué)生愛(ài)科學(xué)、學(xué)科學(xué)的興趣；培養運用物理知識，分析、解決實(shí)際問(wèn)題的能力．
活動(dòng)準備：
長(cháng)方形的塑料尺、心形卡片、中空的管子（圓環(huán)）、煙盒、奶瓶、細竹竿、硬幣、梯形皮包、支架及茶杯、走索演員在一根高空鋼絲上表演的投影片，在繩索上駕駛摩托車(chē)下掛載人“車(chē)廂”的投影片．
活動(dòng)過(guò)程 ：
科學(xué)講座，并進(jìn)行討論與思考
�、倌隳芑卮鹄蠋熃o你提出的問(wèn)題嗎？
�、谀阌X(jué)得重心和平衡的知識在生活中的應用廣泛?jiǎn)�？你能舉出實(shí)例嗎？物理學(xué)中的其它知識呢？
1、分析確定重心的問(wèn)題
重心是重力在物體上的作用點(diǎn)也就是物體各部分所受重力的合力的作用點(diǎn)．
為什么要考慮物體的重心呢？當我們希望一個(gè)物體保持平衡時(shí)，就要用到重心的概念．例如，這里有一把尺子，為了把尺子支撐住，有一個(gè)辦法就是把它放在桌子上．這時(shí)，桌子向尺子的各個(gè)部分都施加了支撐力，但是尺子的重力也可以被看作只作用在重心上．我們可以把一個(gè)手指尖放在尺子重心的下面，這時(shí)，僅僅支在一個(gè)點(diǎn)上就能把尺子支撐起來(lái)．你可以用手指尖按照上述辦法使尺子保持平衡．下面，我們將用平衡點(diǎn)作為重心的別名．
�、倌憧梢杂脤�(shí)驗的方法來(lái)尋找尺子的平衡點(diǎn)．首先，把尺子放在互相隔開(kāi)的兩個(gè)食指尖上．然后，慢慢地讓兩個(gè)手指向一起靠攏，方法是先移動(dòng)一個(gè)手指，再移動(dòng)另一個(gè)手指．最后，這兩個(gè)食指將在尺子的中點(diǎn)處靠在一塊．于是，平衡點(diǎn)就是尺子的中點(diǎn)．就是那些非均勻物體，也可以用這種滑動(dòng)手指的方法找到它們的平衡點(diǎn)．你可以采用同樣的方法，試著(zhù)找出鉛筆、鋼筆和高爾夫球棒的重心．你將會(huì )很容易地找到這些物體的平衡點(diǎn)．但是，在這些情況下手指每次應向前移動(dòng)多少，可能估計得不很恰當．你可以先用一把掃帚試著(zhù)估計一下，然后再進(jìn)行實(shí)驗．
�、趯ふ也灰巹t形狀物的重心，還有一種方法可供使用．如尋找一個(gè)心形卡片重心的方法是用兩個(gè)手指輕輕地把心形卡片捏起來(lái)，卡片就會(huì )前后擺動(dòng)起來(lái)，最終它將靜止下來(lái)．當卡片靜止后，通過(guò)手捏卡片的那個(gè)點(diǎn)在卡片上畫(huà)一條鉛垂線(xiàn)．用手指在另外一點(diǎn)（這點(diǎn)不應在剛才畫(huà)的那條鉛垂線(xiàn)上）把卡片捏起來(lái)，待卡片靜止后，再畫(huà)一條鉛垂線(xiàn)．這兩條線(xiàn)相交的那一點(diǎn)，就是心形卡片的重心或平衡點(diǎn)．當你把手指支在這一點(diǎn)的下面，就可以把卡片平衡地支撐起來(lái)．
�、廴魏挝矬w都有一個(gè)重心．人的重心大約是在肚臍的后面、身體的中心處．假設讓一個(gè)人躺在蹺蹺板上，讓他的肚臍恰好在蹺蹺板支撐點(diǎn)的上方，這樣，人體通常能夠達到平衡，蹺蹺板的兩端都將不接觸地面．
�、芤欢沃锌盏墓茏�，重心位于管的空心內，而不是在制作這管子的材料（管壁）上．這是與重心的定義相符合的．重心不一定要位于物體內．如果你試著(zhù)使一段管子或圓環(huán)達到平衡，你可以用手指支撐它們的外側，這是一種不穩定的平衡狀態(tài)．如果一段管子處于豎直狀態(tài)或圓環(huán)是處在水平狀態(tài)（即它們的圓形截面處在水平面內），又要用一個(gè)手指支撐它們，就必須用一塊硬紙板托在圓環(huán)（或管子）下面，再用手指支在紙板上即可．
任何物體的形狀和物質(zhì)結構的改變，都可以使它的重心發(fā)生移動(dòng)．當我們把尺子從一端削掉一段之后，尺子余下部分的重心，就移動(dòng)到新的位置了．與此相似，如果在尺子的一端粘上一團油灰，尺子也有一個(gè)新的平衡點(diǎn)．試問(wèn)，平衡點(diǎn)是朝油灰移動(dòng)，還是朝相反方向移動(dòng)？
2、探討物體平衡的問(wèn)題
對于一個(gè)物體來(lái)說(shuō)，當共點(diǎn)力的合力為零時(shí)，我們就說(shuō)該物體是處于平衡狀態(tài)．
�、倮缭诘匕迳戏胖�(zhù)電冰箱、電冰箱受到重力和支持力的合力為零，我就說(shuō)，電冰箱是處于平衡狀態(tài)．在地面上的任何靜止的物體，都是處于平衡狀態(tài)．
�、谧烂嫔系哪硞�(gè)物體，在外力作用下作變速運動(dòng)，這物體便不是處于平衡狀態(tài)．在這種情況下，重力方向仍然是與支持力的方向相反，但是使物體作變速運動(dòng)的外力卻是水平方向的．
�、鄹鶕矬w形狀的不同，各種物體可以有一個(gè)或更多個(gè)平衡位置．讓我們把一枚硬幣放在水平的桌面上，它有兩種平衡位置：讓硬幣的某個(gè)平面接觸桌面，這是一種平衡位置，把硬幣立起來(lái)，讓它的側面接觸桌面，這是另一種平衡位置．請注意，硬幣有兩個(gè)平面，我們把它們看作是一種平衡位置；讓硬幣的側面接觸桌面，使它達到平衡，這種平衡位置可以有無(wú)數種情況，但我們都把它們看成是一種平衡位置．我們再以煙盒為例，說(shuō)明怎樣分析物體的平衡位置．把煙盒放在水平的桌面上，它有三種平衡位置：一種平衡位置是讓煙盒底面（或者頂面）接觸桌面；第二種平衡位置是讓煙盒后面（或者前面）接觸桌面；第三種平衡位置是讓煙盒的一個(gè)端面（或者另一個(gè)端面）接觸桌面．你能舉出一個(gè)具有四種平衡位置的物體來(lái)嗎？
�、芗僭O某個(gè)物體處于非平衡位置，當人們把它放開(kāi)以后，它將朝著(zhù)平衡位置運動(dòng)．讓我們手持一個(gè)煙盒，在桌子上方將煙盒松開(kāi)，它將落在桌面上，并將迅速地靜立在煙盒的某個(gè)面上．當我們做這個(gè)實(shí)驗時(shí)，你怎樣放開(kāi)煙盒是沒(méi)有關(guān)系的；不管你是在怎樣的狀態(tài)下放開(kāi)煙盒，它總是要達到某個(gè)平衡位置．我們還可以手執一枚硬幣將它放下，硬幣落到桌面上以后，也會(huì )達到它的某一平衡狀態(tài)．
�、莶⒎撬械钠胶馕恢枚枷嗤�，各種平衡位置之間的差異，是它們的穩定性不同．
3、講解穩定平衡問(wèn)題
�、倨仁挂晃矬w產(chǎn)生一個(gè)很小的位置移動(dòng)或運動(dòng)，在引起一陣擺動(dòng)以后，它最終將回到原來(lái)的平衡位置，這物體便處于穩定平衡狀態(tài)．
桌上放著(zhù)一個(gè)直立的奶瓶，當我們輕輕地推一下瓶的頸部，它便會(huì )前后擺動(dòng)，但最終將回到原來(lái)的直立位置．
�、谂c穩定平衡相對立的是不穩定平衡．如果使物體產(chǎn)生一個(gè)很小的位置移動(dòng)或運動(dòng)，它未能引起擺動(dòng)，則該物體處于不穩平衡狀態(tài)．隨之而來(lái)的，是這物體將發(fā)生運動(dòng)，到達另一個(gè)平衡位置．例如，一枚硬幣，當它的平面接觸桌面時(shí)，要比它的周邊接觸桌面有較好的穩定性．當你極其輕微地碰一下硬幣時(shí)，它將前后擺動(dòng)，但最后硬幣仍回到原來(lái)的平衡位置．當然，如果你用大一點(diǎn)的力碰它，它將會(huì )翻倒，變成硬幣平面接觸桌面．
假設你現在使一根針或一根細竹竿直立，并可能使它達到平衡，這時(shí)，它是處在不穩平衡位置．當我們給它施加一個(gè)極微弱的力時(shí)，這根針或細竹竿將會(huì )倒下來(lái)，達到整個(gè)長(cháng)度都接觸地面的新的平衡狀態(tài)．
�、勰男┮蛩貨Q定了物體的穩定程度呢？一個(gè)因素是支持面的大�。斨С置娲髸r(shí)，平衡的穩定性也增大．例如，一個(gè)長(cháng)方體的桶，當它放倒時(shí)，比它直立時(shí)的穩定性要好．再舉一個(gè)例子，有一種冰淇淋盒是圓錐形的，當盒里沒(méi)有裝入冰淇淋時(shí)，我們將杯口朝下放在桌上，這時(shí)它的穩定性較好；但如果將它錐體的尖端朝下放置，冰淇淋盒的穩定性則很差．實(shí)際上，如果圓錐體的尖端朝下而且達到平衡，它是處于不穩平衡狀態(tài)，這正像任何其它物體平衡于一個(gè)點(diǎn)或一個(gè)角上，也都屬于不穩平衡狀態(tài)．
�、軟Q定物體穩定性的另一個(gè)因素是重心相對于支持面（或支持點(diǎn)）的位置．一個(gè)物體，它的重心越低、越是接近支持面，則穩定性越好．我們可舉這樣一個(gè)例子，一個(gè)普通梯形皮包，倒放時(shí)比正放時(shí)的重心位置要高．試問(wèn)：在這種情況下，重心各在哪里？
近年來(lái)的賽車(chē)，為了降低所使用的賽車(chē)的重心高度，制造出了更加低矮的“低懸掛”型賽車(chē)．對于低懸掛型的賽車(chē)來(lái)說(shuō)，由于以下的各種原因可能造成的翻車(chē)事故，是不大容易發(fā)生的：賽車(chē)在側向氣流作用下而翻車(chē)；在和其它車(chē)碰撞后而翻車(chē)；以及賽車(chē)本身由于某種原因而產(chǎn)生了橫滑所造成的翻車(chē)．換句話(huà)說(shuō)，由于低懸掛型賽車(chē)在正常行駛狀態(tài)時(shí)重心極低，要把它弄翻，從正常的平衡狀態(tài)，翻到車(chē)的側面著(zhù)地或車(chē)的頂面著(zhù)地的另一個(gè)平衡狀態(tài)，是不太容易的．
�、菁僭O一個(gè)物體的重心是在物體支持面的底下，那么，這個(gè)物體的穩定性是很強的．把一個(gè)茶杯吊掛在鉤子上，如上圖所示．就是穩定平衡的一例．如果你把這茶杯推一下，也不管你是怎樣推法，那么最終這茶杯必然要恢復到原來(lái)的穩定平衡狀態(tài)上．
走索演員在一根高空鋼絲上表演的時(shí)候，重心總是在支持面上的，而支持面又很小，怎樣保持穩定性呢？它是通過(guò)調整姿態(tài)，使重心總是在支持面的正上方而保持平衡的．一般的走索演員在表演時(shí)要手持一根長(cháng)長(cháng)的平衡桿，主要通過(guò)調整平衡桿的位置來(lái)調整整體重心的位置，以保持平衡．有經(jīng)驗的演員，則可以不要平衡桿，通過(guò)自己的身體姿態(tài)進(jìn)行調整，而使身體的重心保持在鋼絲繩的正上方．
活動(dòng)小結
本科學(xué)講座以豐富多彩的生活實(shí)際展示了物體重心、平衡等問(wèn)題，開(kāi)闊了學(xué)生視野．只要學(xué)生養成良好習慣，做一個(gè)有心人，善于觀(guān)察，勤于思考，就會(huì )弄懂很多科學(xué)道理，并運用所學(xué)的知識去創(chuàng )造更加美好的生活！
【共點(diǎn)力作用下物體的平衡】相關(guān)文章：
下岡哇的功效和作用10-14
平衡的作文09-10
觀(guān)察物體的反思03-09
平衡車(chē)作文09-01
平衡之道作文12-15
玩平衡車(chē)作文06-10
生態(tài)平衡作文10-11
好玩的平衡車(chē)作文09-19