“物体的平衡”探究学习

【教学内容】

高中《物理》第一册（必修）第四章第一节。

【教学实录】

一、问题情境的创设

上课前播放背景音乐，上课后让学生看事先已剪辑好的录像带、制好的幻灯片等与本节相关的情景资料，激发学生质疑。学生学习的背景资料有：

①巍然屹立的雪峰、耸立云中挺拔秀美的高楼；

②横跨大江两岸宏伟壮观的钢索桥和铁架桥；

③杂技厅内十几人搭成的人梯，杂技演员手中旋转的盘碟，骑自行车走钢丝的杂技演员；

④老师手中拿着的螺旋千斤顶，斜面上放置的木块等。

二、课题的提出与讨论

（学习了背景资料后，教师提出“研究物体的平衡”课题，引导学生质疑。）

生a：刚才看到这些资料片段中的物体都是平衡的物体吗?

师：这个问题还是由其他同学给你回答，哪位?

生b：凭我的感觉应该是平衡的物体，但我不知道判断这些物体是否平衡的标准。

师：大家设想一下，雪峰发生“雪崩”，雪层加速下滑，这雪层还能平衡吗?谁见过“雪崩”场面，给大家讲讲。

生c：我是见过“雪崩”场面，不过是从电视上看到的。（师生笑）那些加速下滑的雪层比汽车跑得还快，那场景太惊心动魄了，那显然不是平衡状态，是加速运动状态。

师：什么是平衡状态呢?大家是否可以相互讨论，总结一下。

（学生们之间展开了讨论，有的学生小声问老师其他现象包含平衡的道理后，老师点一同学回答。）

生d：老师，静止的物体处于平衡状态，像放在斜面上的木块是平衡的，斜面是平衡的；楼房是静止的，是平衡的，桥梁是静止的，也是平衡的。

师：好，总结得好，大家都一致通过了这个观点。还有没有运动的物体也处于平衡状态呢?有没有哪一组同学讨论到了？

生e：老师，刚才短片中，骑自行车过钢丝的演员不也是平衡的吗?若不平衡，他们早就掉下来了，仔细观察，他们应是匀速运动。

师：很好，同学们观察能力很强，运动的物体也可以处于平衡状态，不过只有匀速直线运动的物体才能是平衡的，加速运动的物体并不平衡，为什么?大家能否从理论上总结出物体处于平衡状态的条件?大家思考一下。

（学生们相互讨论，找依据，然后推选一个中心发言人。）

生f：大家都学习了牛顿第二定律，物体处于静止状态和匀速直线运动状态其加速度为0，即其所受合外力为0。因此，物体处于平衡状态其所受合外力必为0，即f合=0，是物体处于平衡状态的条件。

师：不错。现在回过头来看钢索桥和铁架桥的结构（重新播放并放大），我们可以看到特别是铁架桥，由大量三角形钢铁支架铆接而成，当车辆过桥，它能保持很稳定的平衡（主体不晃动），这又是什么原因呢?

生：呀!

（学生们又在相互讨论）

师：给大家提示一下，钉入墙内的钉子可以挂较重的物体，钉子和重物都处于平衡。物体处于平衡是由于合外力共点且矢量和为0；钉子处于平衡，当然合外力为0，但这些力并不共点。再仔细分析铁架桥的内部结构，取任何一个三角支架。见图示：

再分析总结，若以某点（例a点）为转轴……

生g：（迅速站起来）老师，我可以猜想一下吗?

师：当然可以，不过错了也没关系，凭你的直觉，猜想是物理学中常用的方法，有时也是正确的。

生g：初中学习过“杠杆平衡”，是不是属于这种平衡。

师：不错，就是“杠杆平衡”，不过高中把它改为“力矩平衡”了。

（教师通过多媒体，将力臂、力矩及力矩平衡介绍给学生，并得出一般物体的平衡条件：①合外力为零；②合外力力矩为0。）

（之后，老师拿出笑容可掬的“不倒翁”，不管怎样放倒它，最终“不倒翁”还是站立起来。）

生h：这个东西倒是很有趣，但它为什么不倒呢?

生i：能倒还叫“不倒翁”吗？（师生们笑）

师：“不倒翁”为什么不倒?谁能想明白其中的道理?

（学生们又在积极讨论，翻阅相关资料。）

师：给大家提示一下，骑自行车走钢丝的杂技演员之所以牵动观众的心，是因为他离地高，动作惊险，且能保持平衡。若他在地面上骑车也叫精彩吗?

生j：噢，我明白了，是不是因为重心高度的问题?杂技演员走钢丝其重心高，“不倒翁”则是因为它的重心低。

师：同样是平衡的物体，有的是稳定平衡，有的是不稳定平衡，有的是随时可达到平衡。这与什么有关?

生k：与平衡的稳定性和物体重心高度有关。

师：今天我们的讨论到此为止，谁能将这一节课总结一下。

三、课题小结

生l：这一节课主要研究了三个问题：①物体的平衡状态：静止状态和匀速直线运动状态；②真正意义上物体的平衡条件是合外力为0和合外力力矩代数和为0；③物体平衡的稳定性与物体本身重心高度有关。

师：值得一提的是刚才放的短片中①④属于物体的平衡；②属于力矩的平衡；③属于物体平衡的稳定性问题。

点评：

这节课堂教学实录，通过多媒体展示的一幅幅画面，激发了学生探究知识的欲望，培养了学生观察生活的能力。尤其是师生共同对铁架桥构造的分析，不仅使学生感受到理论知识如何应用于实践、指导实践，而且给学生以启示：身边的每一现象，每一模型都可能和所学的知识相关，从而进一步培养了学生的创新意识。这节课，教师的主导作用、学生的主体作用体现得十分突出，让学生在轻松和谐的气氛中获取了知识，提高了能力，不失为一堂成功的探究性教学实例。（点评者：周启文）