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共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用

時(shí)間:2022-08-17 08:03:47 高一物理教案 我要投稿
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共點(diǎn)力平衡條件的應(yīng)用


教學(xué)目標(biāo)
知識(shí)目標(biāo)
  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.

能力目標(biāo)
  1、培養(yǎng)學(xué)生應(yīng)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(yǎng)學(xué)生全面分析問(wèn)題的能力和推理能力.

情感目標(biāo)
  1、教會(huì)學(xué)生用辨證觀點(diǎn)看問(wèn)題,體會(huì)團(tuán)結(jié)協(xié)助.


典型例題

關(guān)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(qǐng)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(diǎn)力平衡條件決定,關(guān)于這一點(diǎn)一定要與學(xué)生共同分析說(shuō)明清楚.

  2、方法2——用分解法

  理論上物塊受的每一個(gè)力都可分解,但實(shí)際解題時(shí)要根據(jù)實(shí)際受力情況來(lái)確定分解哪個(gè)力(被確定分解的力所分解的力大小方向要明確簡(jiǎn)單易于計(jì)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(jiǎn)便.

  為了學(xué)生能真正掌握物體的受力分析能力,要求學(xué)生全面分析使用力的合成法和力的分解法,要有一定數(shù)量的訓(xùn)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(qǐng)分析物塊受力并分析當(dāng)傾角 慢慢減小到零的過(guò)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(guān)于這一點(diǎn)學(xué)生非常清楚),根據(jù)數(shù)學(xué)的知識(shí)的分析可以知道當(dāng)傾角 慢慢減小到零的過(guò)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(dāng)?shù)臅r(shí)候,提醒學(xué)生分析的方法和結(jié)論;提醒學(xué)生極限法的應(yīng)用,即傾角 等于零時(shí)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(dòng)摩擦因數(shù)為 ,請(qǐng)分析物塊受力的方向并分析當(dāng)傾角 慢慢由零增大到90°的過(guò)程,物塊對(duì)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(shí),只受兩個(gè)力重力 和斜面給的支持力 ,此時(shí)沒(méi)有摩擦力;

    時(shí),物塊只受一個(gè)力,物塊的重力 .(此亦為極限法處理).

  借此,和學(xué)生一起分析,可知物塊的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是變化的,既開(kāi)始時(shí)物塊靜止在斜面上,這時(shí)物塊受三個(gè)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(shí),物塊開(kāi)始滑動(dòng),此時(shí)物塊依舊受三個(gè)力, 物塊的重力 ,斜面給物塊的支持力 和斜面給物塊的滑動(dòng)摩擦力 .物塊處于加速運(yùn)動(dòng)狀態(tài).(這里學(xué)習(xí)應(yīng)用了運(yùn)動(dòng)性質(zhì)的分段處理方法).在此基礎(chǔ)上分析每個(gè)力的大小變化情況.(利用物體平衡條件和滑動(dòng)摩擦力的性質(zhì)來(lái)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(zhì)量為 的物體,用水平細(xì)繩 拉著,靜止在傾角為 的光滑固定斜面上,求物體對(duì)斜面的壓力的大。鐖D所示.

  解: 解決力學(xué)問(wèn)題首先對(duì)(研究對(duì)象)物體進(jìn)行受力分析,物體在斜面上受三個(gè)力:重力、支持力、繩的拉力.以作用點(diǎn)為原點(diǎn)建立如圖所示的平面直角坐標(biāo)系.

  由平衡條件 , (找準(zhǔn)邊角關(guān)系)可得:

  

  由此得到斜面對(duì)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(guān)系)可知:

  物體對(duì)斜面的壓力的大小為:

探究活動(dòng)
作圖法

  根據(jù)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(gè)力的合力或去求合力的某一個(gè)分力.利用作圖法解決共點(diǎn)力作用下物體的平衡問(wèn)題,雖然此種方法簡(jiǎn)潔、直觀、方便,但由于在利用作圖法過(guò)程中誤差的存在(包括作圖誤差、視圖誤差、測(cè)量誤差等)不可避免,得到的結(jié)果太粗糙.因此,我們?cè)诮忸}時(shí)一般不用作圖法.而只是在探討力的變化規(guī)律及相互關(guān)系時(shí)使用.
  題1 驗(yàn)證兩個(gè)分力和合力的關(guān)系遵從平行四邊形定則
  題2 探討隨著兩個(gè)共點(diǎn)力大小及夾角發(fā)生變化時(shí)合力的變化規(guī)律
上面兩個(gè)例題請(qǐng)同學(xué)們自己用直尺動(dòng)手作一下實(shí)地的研究.



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