资源简介

3.6《共点力作用下物体的平衡》课时教案
学科 物理 年级册别 高一上册 共1课时
教材 教科版高中物理必修第一册 授课类型 新授课 第1课时
教材分析
教材分析
本节内容位于教科版高中物理必修第一册第三章第六节，是力学知识体系中的关键节点。在学生已学习重力、弹力、摩擦力及力的合成与分解的基础上，本节系统引入“共点力”和“物体平衡”的概念，揭示物体处于静止或匀速直线运动状态时所满足的力学条件——合外力为零。教材通过生活实例（如吊灯、斜拉桥）引出问题，借助受力分析图示引导学生建立物理模型，并结合数学工具进行定量推导，体现了从现象到本质、从定性到定量的认知逻辑。该节内容不仅是对前几节知识的综合应用，也为后续牛顿第二定律的学习奠定基础，具有承上启下的重要作用。
学情分析
高一学生刚接触高中物理，虽具备初中力学基础知识，但抽象思维能力和建模能力尚弱。他们对生活中“静止”“不动”等现象有直观感受，但难以准确将其转化为“加速度为零”“合外力为零”的物理语言。学生在进行多力共点受力分析时常出现漏力、错力或方向判断失误的问题，尤其在斜面、绳杆等复杂情境中更为明显。此外，部分学生对矢量运算特别是正交分解法掌握不牢，影响其解决实际问题的能力。因此，教学中应注重创设真实情境激发兴趣，强化受力分析规范训练，借助小组合作降低认知难度，帮助学生突破“由形到理”“由静到动”的思维障碍。
课时教学目标
物理观念
1. 能准确说出共点力的概念，理解共点力作用下物体处于平衡状态的特征是加速度为零，对应的力学条件是合外力为零。
2. 能运用力的合成与分解方法，特别是正交分解法，分析典型情境中物体的受力情况，并列出平衡方程求解未知力。
科学思维
1. 经历从生活实例中抽象出共点力平衡物理模型的过程，提升模型建构能力；能通过假设推理验证平衡条件的普遍性。
2. 在解决实际问题中，能选择合适的坐标系进行正交分解，体现科学思维的条理性与优化意识。
科学探究
1. 通过实验观察小球悬挂在细线上的静止状态，测量并记录各方向拉力大小，尝试归纳共点力平衡的规律。
2. 在合作探究任务中，能设计方案、分工协作、收集数据、分析结果，并对误差来源做出合理解释。
科学态度与责任
1. 在探究过程中保持严谨求实的态度，尊重实验数据，勇于修正错误认识，养成实事求是的科学精神。
2. 认识共点力平衡原理在桥梁、建筑、航天等工程领域的广泛应用，增强将物理知识服务于社会发展的责任感。
教学重点、难点
重点
1. 理解共点力作用下物体平衡的条件：合外力为零（F合 = 0）。
2. 掌握受力分析的基本步骤，能够正确画出物体的受力示意图。
难点
1. 在复杂情境中准确识别所有作用力，避免漏力或多力。
2. 合理建立直角坐标系，运用正交分解法列平衡方程求解未知量。
教学方法与准备
教学方法
情境探究法、合作探究法、讲授法、实验演示法
教具准备
多媒体课件、电子白板、弹簧测力计、滑轮组装置、细绳、小球、铁架台、三角板、直尺
教学环节 教师活动 学生活动
情景导入，提出问题
【5分钟】 一、创设真实情境，引发认知冲突 （一）、播放视频：城市天际线中的力学之美
教师在大屏幕上播放一段精心剪辑的城市景观视频：画面依次展现夜晚灯火通明的吊灯静静悬挂于客厅中央、雄伟的斜拉桥缆索牵引着巨大的桥面横跨江河、高空作业工人稳稳站立在脚手架平台之上、杂技演员单手倒立保持身体笔直……每一个镜头都缓慢推进，突出其中静止不动的结构细节。播放完毕后，教师缓缓提问：“同学们，刚才我们看到的画面中，无论是千斤重的桥体还是轻盈的吊灯，它们都在‘不动’。这种‘不动’的背后，隐藏着怎样的物理秘密？难道真的没有力在起作用吗？”
（二）、引导思考，聚焦核心矛盾
紧接着，教师继续引导：“我们知道，地球上的任何物体都受到重力的作用，方向竖直向下。那么，请问：为什么这些物体没有因为重力而掉下来呢？一定有其他的力在与之抗衡。这些力是如何分布的？它们之间需要满足什么样的关系才能让物体始终保持静止？今天，我们就带着这些问题，一起走进《共点力作用下物体的平衡》这一课，揭开‘静止’背后的力学法则。”
（三）、明确学习目标，构建探索主线
教师在黑板一侧清晰板书课题：“3.6 共点力作用下物体的平衡”。随后说道：“我们的任务是：第一，搞清楚什么是‘共点力’；第二，找出物体在共点力作用下保持平衡的条件；第三，学会用这个条件去解释生活现象，甚至解决工程问题。我们将化身‘力学侦探’，一步步破解这些静止背后的密码。” 1. 观看视频，感受生活中静止物体的普遍性。
2. 思考教师提出的问题，初步意识到“静止≠无力作用”。
3. 明确本节课的学习目标和探究路径。
4. 激发好奇心，进入探究状态。
评价任务 观察专注度：☆☆☆
问题回应度：☆☆☆
目标理解度：☆☆☆
设计意图 以震撼的城市工程影像作为切入点，将抽象的物理概念与宏大的现实世界相连，迅速吸引学生注意力。通过“为何不落下”的追问制造认知冲突，激活已有知识经验（重力），引出新知需求（平衡力）。采用“力学侦探”的角色设定赋予课堂探索感，使学习过程更具趣味性和使命感，为后续深入探究铺设情感与思维基础。
概念建构，形成规律
【12分钟】 一、定义共点力，建立物理模型 （一）、从实例出发，提炼共点力概念
教师再次展示吊灯图片，放大其顶部连接点，用红色圆圈标出三根钢丝绳交汇处。“请大家注意这个关键点——所有拉力最终都汇聚于此。如果我们将吊灯简化为一个质点，那么这几个力的作用线是否交于一点？”学生回答“是”后，教师正式给出定义：“当几个力作用于同一物体且它们的作用线相交于同一点时，这几个力称为共点力。注意，即使实际作用点略有偏差，只要可视为交于一点，仍按共点力处理。”接着出示三个示意图：①三人拔河僵持不下（三力共点）；②木块放在水平面上被斜向上拉（重力、支持力、拉力、摩擦力四力共点于重心）；③杆受两端拉力但不共线（非共点力，仅作对比）。引导学生辨析哪些属于共点力情形。
二、实验探究，发现平衡条件 （二）、演示实验：三力平衡仪操作示范
教师拿出实验装置：一个光滑小球通过三根细线连接三个可调角度的弹簧测力计，固定在铁架台上。调节三根线的角度，使小球静止于空中某位置。邀请一名学生上前读取三个测力计的示数F 、F 、F ，并记录在黑板表格中。然后改变其中一个方向，重新达到平衡后再读数一次。重复三次不同构型的数据采集。
（三）、数据分析，归纳合力为零
教师引导全班同学共同处理数据：“现在我们有了三组数据。能否直接相加这三个力得到合力？不能，因为它们是矢量！我们需要进行力的合成。”利用几何画板软件动态演示如何用平行四边形定则先合成F 与F 得F ，再看F 与F 是否等大反向。结果显示每次F ≈ -F ，说明三力合力近似为零。教师总结：“实验表明，在共点力作用下，物体保持静止时，其所受合外力为零。这便是平衡条件的核心表达式：F合 = 0。” 1. 观察图示，区分共点力与非共点力。
2. 参与实验读数，体验真实数据获取过程。
3. 跟随教师分析矢量合成过程，理解合力为零的含义。
4. 初步接受F合=0作为平衡条件。
评价任务 概念辨析力：☆☆☆
实验参与度：☆☆☆
规律归纳力：☆☆☆
设计意图 通过典型图像与对比案例帮助学生精准把握“共点力”这一核心前提，防止后续分析误入歧途。实验环节采用师生协同方式，既保证安全性又增强互动性。通过多组数据反复验证，强化“合外力为零”这一结论的可信度。借助现代教育技术动态呈现矢量合成过程，弥补传统板书静态展示的不足，使抽象运算可视化，促进学生对矢量性的深刻理解，完成从经验感知到理论概括的跃迁。
方法迁移，深化应用
【18分钟】 一、引入正交分解，优化解题策略 （一）、回顾旧知，引出分解必要性
教师提问：“如果我们面对四个、五个甚至更多共点力平衡的情况，每次都用平行四边形定则两两合成，会不会很麻烦？”学生普遍表示认同。“有没有更高效的方法？”顺势引导：“数学告诉我们，任何矢量都可以分解为两个互相垂直的方向上的分量。这就是正交分解法。它可以把复杂的矢量运算转化为两个方向上的代数运算，极大简化计算。”教师在黑板上画出直角坐标系，演示如何将一个斜向力F分解为x轴方向F = Fcosθ 和 y轴方向F = Fsinθ 的分力。
二、典例精讲，规范解题流程 （二）、讲解例题：悬挂小球的张力计算
教师投影教材原题：“一个质量为m的小球用两根轻绳AC和BC悬挂，AC水平，BC与竖直方向成θ角，系统处于静止状态。求两根绳的拉力大小。”第一步：确定研究对象——小球；第二步：进行受力分析——画出小球受力示意图，标注重力mg、AC绳拉力T （水平向右）、BC绳拉力T （沿BC斜向上）；第三步：建立坐标系——以小球为中心，x轴水平向右，y轴竖直向上；第四步：正交分解——将T 分解为T = T sinθ（向右）和T = T cosθ（向上）；第五步：列平衡方程——x方向：T = T sinθ；y方向：T cosθ = mg；第六步：联立求解——解得T = mg / cosθ，T = mgtanθ。每一步均配合板书详细书写，强调“选对象→画受力→建坐标→分力→列方程→求解”六步法。
三、小组合作，实战演练提升 （三）、布置合作任务：斜面上的物块平衡
教师发放任务卡：“现有一个质量为M的物块静止在倾角为α的光滑斜面上，被一根平行于斜面的细线拉住。请你们小组合作完成以下任务：①画出物块的受力示意图；②选用合适方法求出斜面对物块的支持力N和细线的拉力T；③讨论若斜面粗糙且动摩擦因数为μ，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，则细线可能承受的最大拉力是多少？限时8分钟。”教师巡视指导，重点关注学生是否遗漏支持力、是否正确分解重力、是否混淆静摩擦与滑动摩擦条件。 1. 回忆正交分解公式，理解其简化作用。
2. 跟随教师梳理解题步骤，记录典型例题解法。
3. 小组分工合作，完成斜面物块的受力分析与计算。
4. 展示成果，接受师生点评。
评价任务 方法掌握度：☆☆☆
步骤规范性：☆☆☆
合作有效性：☆☆☆
设计意图 通过设问引发学生对原有方法局限性的反思，自然引出更优解法——正交分解，体现方法演进的内在逻辑。例题讲解遵循标准化流程，突出“受力分析是灵魂”“坐标系选择是关键”，培养学生良好的解题习惯。合作任务设置梯度：基础部分巩固平衡条件应用，拓展部分引入摩擦力概念埋下伏笔，挑战学生综合分析能力。小组协作既能集思广益化解个体困惑，又能锻炼沟通表达与团队协作能力，实现知识与素养双丰收。
联系实际，拓展视野
【7分钟】 一、解析工程案例，彰显物理价值 （一）、剖析斜拉桥受力机制
教师播放一段斜拉桥施工动画，重点显示主塔两侧对称分布的多根斜拉索如何将桥面重量传递至塔身。“我们来做一个简化的模型：把桥面看作多个质点，每一根拉索提供一个斜向上的拉力。由于桥面对称，左右两侧拉力在水平方向相互抵消，而在竖直方向共同承担桥面重力。正是无数个共点力系统的协调工作，才使得万吨巨桥巍然屹立。”教师用简笔画画出塔顶节点的受力图，标出多个拉力及其合力方向，说明整体合外力为零的宏观表现。
二、升华科学精神，厚植家国情怀 （二）、讲述中国工程师的智慧
“我国港珠澳大桥、北盘江大桥等超级工程之所以能创造世界纪录，背后正是无数工程师对包括共点力平衡在内的基础物理规律的极致运用。他们不仅是在建造桥梁，更是在用钢铁与混凝土书写着民族复兴的诗篇。正如桥梁专家林元培所说：‘一座桥，承载的不只是车流，更是时代的重量。’当我们仰望这些宏伟建筑时，看到的不仅是钢筋水泥，更是人类智慧与自然规律对话的伟大胜利。” 1. 观看动画，理解斜拉桥的力学原理。
2. 听取工程师故事，感受科技力量。
3. 认识物理知识在国家建设中的重要作用。
4. 增强民族自豪感与学习动力。
评价任务 案例理解力：☆☆☆
情感共鸣度：☆☆☆
价值认同感：☆☆☆
设计意图 将课堂所学延伸至国家重大工程，让学生真切体会到“物理就在身边”“知识就是力量”。通过对斜拉桥的简化建模分析，强化共点力平衡的实际意义。引用中国桥梁建设成就和专家语录，不仅拓展了知识边界，更渗透了爱国主义教育和职业理想启蒙，实现“知识传授—能力培养—价值引领”三位一体的教学追求，使物理课堂充满人文温度与时代气息。
课堂总结，升华主题
【3分钟】 一、结构化回顾，凝练核心要点 （一）、梳理知识脉络
教师站在黑板前，手指板书内容，带领学生系统回顾：“今天我们完成了三项任务：首先，明确了共点力是指作用线交于一点的力；其次，通过实验和推理得出共点力平衡的条件是合外力为零，即F合 = 0；最后，掌握了正交分解法这一利器，学会了按照‘六步法’解决实际问题。记住：一切静止的背后，都是力的精密平衡。”
二、激励性展望，点燃未来梦想 （二）、寄语青年学子
“伽利略曾说：‘自然之书是用数学语言写成的。’而我们今天所学的平衡方程，正是读懂这本书的一个重要句读。希望同学们今后无论面对学业的压力，还是人生的起伏，都能像一个合格的‘力学侦探’那样，冷静分析各种‘力’的作用，找到属于自己的平衡点，在动态的世界中坚守内心的宁静与坚定。愿你们将来也能用自己的智慧，搭建起连接梦想与现实的桥梁！” 1. 跟随教师回顾本节知识点。
2. 理解平衡思想的哲学意义。
3. 感受教师寄语的情感力量。
4. 树立学以致用的信心。
评价任务 知识复述力：☆☆☆
思想感悟力：☆☆☆
学习自信心：☆☆☆
设计意图 采用“总—分—总”结构进行系统总结，帮助学生构建完整的知识网络。引用伽利略名言提升文化品位，将物理规律升华为人生哲理，体现“学科育人”的深层价值。结尾寄语富有诗意与激励性，既呼应导入时的“力学侦探”角色，又引导学生将课堂收获迁移到个人成长，激发长远学习动机，达成情感态度价值观目标的圆满闭环。
作业设计
一、基础巩固题
1. 下列说法中正确的是（ ）
　A．物体只有在不受外力作用时才处于平衡状态
　B．做匀速圆周运动的物体处于平衡状态
　C．物体速度为零时，一定处于平衡状态
　D．物体在共点力作用下保持静止或匀速直线运动状态时，称为平衡状态
2. 如图所示，一个重为G的球用细绳悬挂于天花板下，另一根水平细绳将其拉向右侧，使球偏离竖直方向θ角而静止。求两根绳的拉力大小。（要求画出受力示意图，写出完整解答过程）
二、能力提升题
3. 一个质量为2kg的物体放在倾角为37°的固定斜面上，物体恰好能沿斜面匀速下滑。（sin37°=0.6，cos37°=0.8，g取10m/s ）
　（1）求斜面对物体的支持力大小；
　（2）求物体与斜面间的动摩擦因数μ；
　（3）若要用平行于斜面的力F将该物体匀速拉上斜面，求拉力F的大小。
三、实践探究题
4. 观察家中吊灯、晾衣架或阳台护栏的结构，尝试判断是否存在共点力平衡的情形。选取一个实例，拍照并绘制其简化受力图，标注主要作用力，并简要说明它是如何实现平衡的。下周课前提交图文报告。
【答案解析】
一、基础巩固题
1. D 【解析】平衡状态指加速度为零的状态，包括静止和匀速直线运动。A错，受力也可平衡；B错，匀速圆周运动有向心加速度；C错，速度为零但加速度不为零（如竖直上抛最高点）不是平衡状态。
2. 解：以球为研究对象，受力如图（略）。建立坐标系：x轴水平向右，y轴竖直向上。列平衡方程：
　x方向：T = T sinθ
　y方向：T cosθ = G
　解得：T = G / cosθ，T = Gtanθ
二、能力提升题
3. （1）支持力N = mgcos37° = 2×10×0.8 = 16N
　（2）因匀速下滑，f = mgsin37° = μN → μ = (mgsin37°)/N = (2×10×0.6)/16 = 12/16 = 0.75
　（3）匀速上拉时，F = f + mgsin37° = μN + mgsin37° = 0.75×16 + 12 = 12 + 12 = 24N
板书设计
3.6 共点力作用下物体的平衡
【左侧板块】
一、共点力：
→ 定义：作用线交于一点的力
→ 示例：吊灯、拔河、斜拉桥节点
二、平衡状态：
→ 特征：静止或匀速直线运动（a=0）
→ 条件：F合 = 0
【中间板块】
三、解题六步法：
① 选对象 → ② 画受力 → ③ 建坐标 → ④ 分力 → ⑤ 列方程 → ⑥ 求解
【右侧板块】
四、正交分解：
F = Fcosθ
F = Fsinθ
五、应用：
→ 斜拉桥：水平抵消，竖直承重
→ 生活实例：晾衣架、支架
教学反思
成功之处
1. 教学主线清晰，以“力学侦探”为主线贯穿始终，情境创设生动，有效激发了学生探究兴趣。
2. 实验与理论结合紧密，通过真实数据验证平衡条件，增强了结论的可信度，体现了科学探究的本质。
3. 注重方法指导，提出的“六步法”简洁实用，有助于学生形成规范的解题思维路径。
不足之处
1. 合作探究环节时间略显紧张，个别小组未能完成摩擦力拓展部分，下次应适当调整任务难度或延长讨论时间。
2. 对于基础薄弱的学生，在正交分解的三角函数处理上仍存在困难，需在课后加强个别辅导。
3. 板书布局虽清晰，但动态生成内容较少，今后可尝试更多由学生板演补充，增强互动性。

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