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物理教案-共點力平衡條件的應用

    06-21 12:33:30    瀏覽次數: 793次    欄目:高二物理教案

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教學目標
知識目標
  1、知道什么叫共點力作用下的平衡狀態.
  2、掌握共點力的平衡條件.
  3、會用共點力的平衡條件解決有關平衡問題.

能力目標
  1、培養學生應用力的矢量合成法則平行四邊形定則進行力的合成、力的分解的能力.
  2、培養學生全面分析問題的能力和推理能力.

情感目標
  1、教會學生用辨證觀點看問題,體會團結協助.


典型例題

關于斜面物體的摩擦力的兩種分析方法以及拓展

  例1 如圖,一物塊靜止在傾角為37°的斜面上,物塊的重力為20N,請分析物塊受力并求其大。

  分析:物塊受豎直向下的重力 ,斜面給物塊的垂直斜面向上的支持力 ,斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力

 

解:

1、方法1——用合成法

 。1)合成支持力 和靜摩擦力 ,其合力的方向豎直向上,大小與物塊重力大小相等;

 。2)合成重力 和支持力 ,其合力的方向沿斜面向下,大小與斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力 的大小相等;

 。3)合成斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力 和重力 ,其合力的方向垂直斜面向下,大小與斜面給物塊的垂直斜面向上的支持力 的大小相等.

  合成法的講解要注意合力的方向的確定是唯一的,這有共點力平衡條件決定,關于這一點一定要與學生共同分析說明清楚.

  2、方法2——用分解法

  理論上物塊受的每一個力都可分解,但實際解題時要根據實際受力情況來確定分解哪個力(被確定分解的力所分解的力大小方向要明確簡單易于計算),本題正交分解物塊所受的重力 ,利用平衡條件  , 列方程較為簡便.

  為了學生能真正掌握物體的受力分析能力,要求學生全面分析使用力的合成法和力的分解法,要有一定數量的訓練.

  方法2的拓展1: 一物塊靜止在傾角為 的斜面上,物塊的重力為 ,請分析物塊受力并分析當傾角 慢慢減小到零的過程其大小的變化情況.

   解:依題意 用分解法將物塊受的重力 正交分解,利用  ,  的平衡條件,得斜面給物塊的垂直斜面向上的支持力 的大小為 ,

  斜面給物塊的沿斜面向上的靜摩擦力 的大小

  物塊受的重力 是不變的(關于這一點學生非常清楚),根據數學的知識的分析可以知道當傾角 慢慢減小到零的過程,

   逐漸增大,最后等于物塊的重力 ;

   逐漸減小,最后等于零.

  適當的時候,提醒學生分析的方法和結論;提醒學生極限法的應用,即傾角 等于零時的極限情況下分析題目.

  方法2的拓展2:一物塊放在傾角為 的斜面上,物塊的重力為 ,斜面與物塊的動摩擦因數為 ,請分析物塊受力的方向并分析當傾角 慢慢由零增大到90°的過程,物塊對斜面的壓力受到的摩擦力其大小的變化情況.

  分析物塊受力: 時,只受兩個力重力 和斜面給的支持力 ,此時沒有摩擦力;

    時,物塊只受一個力,物塊的重力 .(此亦為極限法處理).

  借此,和學生一起分析,可知物塊的運動狀態是變化的,既開始時物塊靜止在斜面上,這時物塊受三個力.

  物塊的重力 ,斜面給物塊的支持力 和斜面給物塊的靜摩擦力

  在斜面給物塊的靜摩擦力 等于物塊的下滑力 時,物塊開始滑動,此時物塊依舊受三個力, 物塊的重力 ,斜面給物塊的支持力 和斜面給物塊的滑動摩擦力 .物塊處于加速運動狀態.(這里學習應用了運動性質的分段處理方法).在此基礎上分析每個力的大小變化情況.(利用物體平衡條件和滑動摩擦力的性質來分析求解).

  重力大小不變;斜面給物塊的支持力的大小逐漸減;斜面給物塊的摩擦力的大小是先增大后減。

利用正交分解分析物體的受力情況

  例2 質量為 的物體,用水平細繩 拉著,靜止在傾角為 的光滑固定斜面上,求物體對斜面的壓力的大。鐖D所示.

  解: 解決力學問題首先對(研究對象)物體進行受力分析,物體在斜面上受三個力:重力、支持力、繩的拉力.以作用點為原點建立如圖所示的平面直角坐標系.

 

  由平衡條件    ,  (找準邊角關系)可得:

   

  由此得到斜對物體的垂直作用力為: 

  由牛頓第三定律(作用力和反作用力的關系)可知:

  物體對斜面的壓力的大小為:

探究活動
作圖法

  根據力的平行四邊形定則,利用直尺(一般常用的是毫米刻度尺)去求幾個力的合力或去求合力的某一個分力.利用作圖法解決共點力作用下物體的平衡問題,雖然此種方法簡潔、直觀、方便,但由于在利用作圖法過程中誤差的存在(包括作圖誤差、視圖誤差、測量誤差等)不可避免,得到的結果太粗糙.因此,我們在解題時一般不用作圖法.而只是在探討力的變化規律及相互關系時使用.
  題1 驗證兩個分力和合力的關系遵從平行四邊形定則
  題2 探討隨著兩個共點力大小及夾角發生變化時合力的變化規律
上面兩個例題請同學們自己用直尺動手作一下實地的研究.





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