5.3 二力合成 二力平衡（教学课件）-【上好课】八年级物理上册同步高效课堂（沪科版·五四学制·2024）

第五章 运动和力 八年级上册 •沪教版 五四•学制 “春分到，蛋儿俏”。我国民间在春分有“竖蛋”的习俗。将鸡蛋竖立在一颗螺丝钉上保持不动，其背后涉及物体受力的平衡。本章我们将学习力的基本知识，从物理学视角认识物体间的相互作用。 通过本章内容的学习，你将了解力、力的作用效果和生活中常见的力；认识二力平衡的条件和牛顿第一定律； 学会力的测量方法；经历探究影响滑动摩擦力因素的过程，体会控制变量和等效替代等思想方法在科学探究中的作用；初步建立运动和相互作用的观念；感悟人类认识客观世界的方式由思辨向实证的演化。 导入新课 第3节 二力合成 二力平衡 图中的国家一级保护野生动物丹顶鹤单腿站立，细长的鹤腿支撑着整个身体保持稳定的静止状态。 物体的静止状态在自然界中普遍存在，保持静止状态的物体要满足怎样的条件？ 二力合成 01 二力平衡 02 课堂总结 03 提升训练 04 第3节 二力合成 二力平衡 二力合成 01 第3节 二力合成 二力平衡 一、二力合成 （1）实例分析 1. 合力与分力 事例一：两个小同学一起用力可以把水桶提起来；一个大同学也可以把水桶提起来。 可见，一个力作用在物体上产生的效果可与两个力共同作用在这个物体上产生的效果相同。 F1 F2 F3 一、二力合成 事例二：两只鸣蚁能搬动的一片树叶， 一只妈蚁也可以搬动；几个人一起用力能把抛锚的汽车从雪地里推出，用一辆牵引车也能将其拖出。 可见，一个力作用在物体上产生的效果可与两个力共同作用在这个物体上产生的效果相同。 两只蚂蚁搬运树叶 多人救援抛锚汽车 一、二力合成 如果一个力对物体产生的作用效果与几个力同时对物体产生的作用效果相同，那么就可以用这个力代替这几个力，这个力就叫做这几个力的合力，这几个力叫做这个力的分力，这种思想方法叫做等效替代。 （2）合力与分力 ① F3叫做F1和F2的合力； ② F1和F2 叫做F3的分力。 一、二力合成 力的合成：求几个力的合力的过程叫做力的合成。 想一想：当两个力沿同一直线作用于同一物体时，怎样求它们的合力呢？ 2. 二力合成 一、二力合成 3. 探究二力合成的规律 【实验】如图（a）所示，将橡皮筋一端固定，用两个力传感器通过细线同时沿同一方向拉橡皮筋的另一端。橡皮筋在F1、F2的共同作用下被拉长。F1、F2的合力应使橡皮筋发生同样的形变。 如图（b）所示，使用单个力传感器， 将橡皮筋的另一端拉到图 （a）中同样的位置，此时的拉力F3即为 F1和F2的合力。 （1）探究作用于同一直线上方向相同的二力的合成 一、二力合成 【数据】 实验序号 分力F1 分力F2 合力F3 1 1.78 0.91 2.69 2 3 【结论】 作用于同一直线上方向相同的二力合成时，合力与分力的方向相同，合力的大小等于分力之和。 一、二力合成 【实验】如图（a）所示，将橡皮筋一端固定，用两个力传感器通过细线同时沿相反方向拉橡皮筋的另一端O。橡皮筋在F1、F2的共同作用下被拉长。F1、F2的合力应使橡皮筋发生同样的形变。 如图（b）所示，使用单个力传感器， 将橡皮筋的另一端拉到图 （a）中同样的位置，此时的拉力F3即为 F1和F2的合力。 （2）探究作用于同一直线上方向相反的二力的合成 一、二力合成 【记录】 实验序号 分力F1 分力F2 合力F 1 3.56 1.22 2.34 2 3 【结论】 作用于同一直线上方向相反的二力合成时，合力与分力较大的力F2方向相同，合力的大小等于分力之差。 一、二力合成 大量实验表明： 在同一直线上，方向相同的两个力的合力大小等于两力大小之和，合力方向与两力的方向相同；方向相反的两个力的合力大小等于两力大小之差 ，合力方向与两力中较大力的方向相同。 【例题1】F1和F2是作用在同一物体上的两个力，且作用在同一水平直线上。若其中F1=6N，方向是水平向右，且这两个力的合力为16N。关于F2的大小和方向，说法中正确的是（　　） A．一定是10N，且方向水平向右 B．一定是22N，且方向水平向左 C．可能是10N，且方向水平向左 D．可能是22N，且方向水平向左 F1和F2是作用在同一物体上的两个力，且作用在同一水平直线上，其中F1为6N，方向是水平向右，要使这两个力的合力为16N，则根据同一直线二力合成，F2可能是水平向右，与F1同向，即F2=F-F1=16N-6N=10N 也可能是水平向左，与F1反向，即F2=F+F1=16N+6N=22N 故ABC错误，D正确。 所以选D. D 一、二力合成 【例题2】把重为2.94N的苹果竖直向上抛出，苹果始终受到大小为1N的空气阻力，且阻力的方向始终与苹果运动方向相反。求： （1）苹果竖直上升过程中所受的合力F上及其方向。 （2）苹果竖直下落过程中所受的合力F下及其方向。 （1）苹果竖直上升过程中所受的合力F上为 F上=G+f=2.94N+1N=3.94N 方向竖直向下。 （2）苹果竖直下落过程中所受的合力F下为 F下=G-f=2.94N-1N=1.94N 方向竖直向下。 一、二力合成 【例题3】小明利用如图所示的装置探究同一直线上二力合成的规律时，首先将皮筋的B端固定，再用两个测力计沿相同方向拉A端，使A端到达某一点O并记录下该点的位置，然后在表格中记录下两个拉力F1、F2的大小与方向。再用一个测力计拉皮筋A端，仍将A端拉伸到O点，记录下此时拉力F的大小与方向。 （1）实验中用一个测力计拉皮筋时，仍要将皮筋A端拉伸到O点再读数，这样做的目的是使两次 相同。 （2）通过该实验可知F与F1、F2的大小关系是 。（用字母表示） 一、二力合成 F=F1+F2 力的作用效果 （1）实验时，用两个测力计沿相同方向拉A端，使皮筋A端拉伸到O点读数，用一个测力计拉皮筋时，仍要将皮筋A端拉伸到O点再读数，这样做的目的是使F的作用效果，与F1和F2共同作用的效果相同。 （2）通过该实验可知，F的作用效果与F1和F2共同作用的效果相同，则 F=F1+F2 一、二力合成 二力平衡 02 第3节 二力合成 二力平衡 二、二力平衡 1. 平衡力与平衡状态 饮料杯处于静止状态 （1）探究物体处于平衡状态的实例 我们周围的一些物体在力的作用下总是保持静止。速度始终为零，运动状态不变。 运动员处于静止状态 保持平衡的丹顶鹤 二、二力平衡 生活中的一些物体在力的作用下可能做匀速直线运动。做匀速直线运动物体的运动状态也保持不变。 飞机在空中水平匀速飞行 跳伞运动员匀速降落 神舟飞船返回舱降落 二、二力平衡 （2）平衡状态 物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。 （3）二力平衡 如果物体在两个力的作用下处于平衡状态，称为二力平衡状态，这两个力就构成了一对平衡力。 二、二力平衡 2. 实验探究：二力平衡的条件 【实验】 如图所示，用细绳连接电动机与力传感器，将钩码挂在力传感器上保持静止，比较力传感器对钩码的拉力F 与钩码重力G的大小和方向。 电动机带着钩码沿竖直方向匀速上升或匀速下降，比较力传感器对钩码的拉力F与钩码重力G 的大小和方向。 研究二力平衡的实验装置 二、二力平衡 【实验数据】 实验序号 实验过程 钩码重力G/N 拉力F/N 1 钩码静止 2 钩码匀速上升 3 钩码匀速下降 二、二力平衡 大量实验表明： 当物体处于二力平衡时，作用在该物体上的这两个力大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。此时物体所受合力为零。 二力平衡的条件 二、二力平衡 支持力N 重力G 杯子受到的力有：重力G与桌面支持力F，这两个力是一对平衡力。 电灯受到的力有：重力G与拉力F，这两个力是一对平衡力。 拉力F 重力G （1）静止在桌面上的杯子 （2）静止的电灯 3. 物体处于平衡状态的现象 二、二力平衡 （3）匀速下落的跳伞运动员 空气阻力f 重力G 匀速下落的跳伞运动员受到的力有： 重力G与空气的阻力f，这两个力是一对平衡力。 二、二力平衡 （4）水平面上做匀速直线运动的小汽车 支持力N 重力G 阻力f 牵引力F 在水平方向上受到的力： 牵引力F、空气与地面的阻力f，这两个力是一对平衡力。 在竖直方向上受到的力： 汽车的重力G、地面的支持力N，这两个力是一对平衡力。 二、二力平衡 4. 二力平衡条件的应用 （1）求力的大小和判断力的方向 物体在两个力的作用下处于平衡状态，已知一个力的大小和方向，我们可以根据二力平衡条件求另一个力的大小和方向。 ①静止在水平面上的物体 因为物体静止，所以物体所受的重力G与地面对它的支持力F是一对平衡力，则此二力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。所以支持力的大小等于物体重力的大小 F=G，支持力的方向竖直向上。 G F 二、二力平衡 G F ②弹簧测力计测重力原理 因为物体静止，所以物体所受的重力G与弹簧测力计对它的拉力F是一对平衡力，根据二力平衡条件可知，此二力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。 所以物体的重力等于拉力： G=F 二、二力平衡 （2）判断物体的运动状态 支持力N 重力G 阻力f 牵引力F 以在水平路面上运动的小车为例进行分析： 水平路面上运动的小车受到的力有： 在竖直方向上有重力G、地面支持力N； 在水平方向上有汽车发动机的牵引力F和地面与空气的阻力f。 ①若牵引力等于阻力，则二力平衡，小车向左做匀速直线运动； ②若牵引力大于阻力，二力不平衡，小车向左做加速直线运动； ③若牵引力小于阻力，二力不平衡，小车向左做减速直线运动。 二、二力平衡 （3）确定重心 根据二力平衡的条件，用“悬挂法”可以确定一块形状不规则薄木板的重心。如图所示，先通过板上任意一点A将板悬挂起来，木板在拉力和重力的作用下平衡，在木板上画出重垂线的方向，重心一定在这条直线上。 然后换一个悬挂点B，再将板悬挂起来，画出此时重垂线的方向。两条重垂线的交点O就是薄木板重心。 悬挂法测重心 二、二力平衡 5. 区别“平衡力”和“相互的力” G N N 木块受到的力：重力G与地面对木块的支持力N 是一对 平衡的二力 木块对地面有一个压力F、地面对木块有一个支持力N 是一对 相互的二力 以木块为 研究对象 分别以木块、 地面为研究对象 （1）事例分析：木块静止在水平地面上，分析木块与地面的受力情况，想一想哪些力是平衡力？哪些力是相互的力？ F 二、二力平衡   平衡力的二力 相互的二力 相同点 大小相等 大小相等 方向相反 方向相反 作用在同一直线上 作用在同一直线上 不同点 作用在_________上 分别作用在_________上 （2） “平衡的二力”与“相互的二力”的区别 同一物体 两个物体 二、二力平衡 【例题3】如图是一件静置在水平展台上用橡皮泥制成的艺术品，则艺术品受到的重力和支持力（　　） A．大小相等 B．支持力较大 C．重力较大 D．是一对相互作用力 A 艺术品静止在水平展台上，此时艺术品受到的重力和支持力大小相等、方向相反、作用在同一物体上，是一对平衡力。故BCD不符合题意，A符合题意。 故选A。 二、二力平衡 【例题4】有一盏悬挂着的电灯，质量为0.5kg，求电灯受到的各个力的大小及方向。 ①电灯受到的力有：重力G、拉力F，因电灯静止，所以这两个力是一对平衡力，大小相等、方向相反。 ②重力大小：G=mg=0.5kg×9.8N/kg=4.9N，方向竖直向下。 ③拉力大小：F=G=4.9牛，方向竖直向上。 二、二力平衡 【例题5】如图所示，水平桌面上放置一只苹果。下列关于平衡力的描述，正确的是（ ） A．桌子受到的重力与桌子对苹果的支持力是一对平衡力 B．苹果受到的重力与桌子受到的重力是一对平衡力 C．苹果受到的重力与桌子对苹果的支持力是一对平衡力 D．地面对桌子的支持力与桌子对苹果的支持力是一对平衡力 C A．桌子受到的重力与桌子对苹果的支持力作用不在一个物体上，不是一对平衡力，故A错误； B．苹果受到的重力与桌子受到的重力是一对平衡力作用不在一个物体上，不是一对平衡力，故B错误； 故选C。 C．苹果受到的重力与桌子对苹果的支持力，使苹果在处于平衡状态，是一对平衡力，故C正确； D．地面对桌子的支持力与桌子对苹果的支持力作用不在一个物体上，不是一对平衡力，故D错误。 课 堂 总 结 04 第3节 二力合成 二力平衡 课堂总结（1） ①合力与分力。 ②二力合成：求两个力的合力的过程叫做二力合成。 ③二力合成的规律。 ①平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动状态称为平衡状态；在两个力的作用下处于平衡状态，称为二力平衡状态。 ②二力平衡：当物体受到两个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，就说这两个力平衡。 ③二力平衡条件：作用在同一物体上，大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。 ①求力的大小和判断力的方向； ②判断物体的运动状态（平衡状态或非平衡状态）； ③找重心。 二力 平衡 二力合成 二力平衡 二力 合成 二力平 衡应用 38 课堂总结（2） 39 提 升 训 练 05 第3节 二力合成 二力平衡 提升训练 1. 在图中，F1和F2是物体所受的方向相反的两个力，哪些情况下，这两个力是平衡的？ 乙丁图中的两个力是平衡的。 根据二力的平衡条件：二力作用在同一物体上，大小相等、方向相反，并且在同一条直线上。所以乙丁图中的两个力是平衡的。 提升训练 2. 两个方向相反的力Fl和F2作用在同一物体上，F1=5牛，F2=4牛，则它们的合力大小和方向为（　　） A．9牛，方向与Fl方向相同 B．9牛，方向与F2方向相同 C．1牛，方向与F1方向相同 D．l牛，方向与F2方向相同 两个方向相反的力Fl和F2作用在同一物体上，F1=5牛，F2=4牛，则它们的合力为两力之差F合=F1-F2=5N-4N=1N 方向与较大的力F1方向相同，故ABD不符合题意，C符合题意。 C 故选C. 3. 如图所示，用线将灯悬挂在天花板上，当灯静止时，灯所受拉力的平衡力是（ ） A．线所受的重力 B．灯所受的重力 C．灯对线的拉力 D．线对天花板的拉力 B A．灯所受拉力与线所受重力作用在两个个物体上，故A不符合题意； B．当灯静止时，灯受到竖直向上的拉力和竖直向下的重力的作用，拉力和重力满足二力平衡的四个条件，是一对平衡力，故B符合题意； C．灯所受拉力与灯对线的拉力是一对相互作用力，故C不符合题意； D．灯所受拉力与线对天花板的拉力没有满足二力平衡关于作用在同一个物体上的条件，故D不符合题意。 故选B。 提升训练 提升训练 4. 如图所示，小强用形状不规则的薄板、重垂线、大头针、直尺和记号笔等器材找寻重心位置。观察图甲、乙中的实验过程及现象，他判断薄板的重心在l1、l2的交点处。该实验的原理是：_________ 。若薄板质量为200g，则拉力的大小为______ N。 二力平衡 1.96 提升训练 由图知，小强同学是为了利用“悬挂法”来确定形状不规则薄板的重心位置；当薄板静止时，由二力平衡条件可知重力和拉力的作用线在同一直线上，重心既在l1上，又在l2上，故薄板的重心在l1、l2的交点处。 由二力平衡条件可知，拉力的大小等于重力的大小： F=G=mg=0.2kg ×9.8N/kg=1.96N 提升训练 5. 一个质量为0.5千克的小球，运动的过程中所受的阻力的方向始终与运动方向相反，且大小为1.2牛保持不变。求： （1）小球所受到的重力； （2）小球竖直上升过程中受到的合力及方向； （3）小球竖直下落过程中受到的合力及方向。 提升训练 （1）小球所受到的重力G=mg=0.5kg×9.8N/kg=4.9N （2）运动的过程中所受的阻力的方向始终与运动方向相反，且大小为1.2牛保持不变，小球竖直上升过程中受到的合力大小 F=F1+G=1.2N+4.9N=6.1N 方向竖直向下。 （3）小球竖直下落过程中受到的合力大小 F'=G-F2=4.9N-1.2N=3.7N 方向竖直向下 答：（1）小球所受到的重力4.9牛； （2）小球竖直上升过程中受到的合力6.1牛及方向竖直向下； （3）小球竖直下落过程中受到的合力3.7牛及方向竖直向下。 （3）通过比较_______两次实验，可知同一直线上方向相反两个力的合力等于这两个力大小之差，方向跟_______（选填“较大”或“较小”）的那个力的方向相同。 提升训练 6. 小华探究同一直线上二力合成的实验，把一根轻质弹簧的一端固定在O点，另一端用尼龙细线固定在弹簧测力计的挂钩上，每次实验时，都将弹簧由A拉伸到B位置。研究过程及实验数据如图（a）、（b）、（c）所示： （1）在（a）（b）和（c）三次实验中，都将弹簧拉伸到OB，目的是使每次实验中力产生的___________相同； （2）通过比较（a）和（b）两次实验，可知同一直线上方向相同两个力的合力大小等于这个两个力大小之_____，方向跟这两个力方向________； （a）（c） 相同 作用效果 和 较大 提升训练 （1）每次均将弹簧右端拉伸到OB，弹簧伸长的长度相同，这样做的目的是控制力的作用效果相同。 （2）比较（a）和（b）两次实验可知，（b）中两个力的作用效果与（a）中一个力的作用效果相同，说明F相当于F1、F2的合力，又 故可得出结论：同一直线上方向相同两个力的合力大小等于这个两个力大小之和，方向跟这两个力方向相同。 （3）比较（a）和（c）两次实验可知，（c）中两个力的作用效果与（a）中一个力的作用效果相同，说明F相当于F4、F3的合力，又 故可得出结论：同一直线上方向相反两个力的合力等于这两个力大小之差，方向跟较大的那个力的方向相同。 Lavf59.27.100 $$