8.2 二力平衡（教学课件）-【上好课】八年级物理下册同步高效课堂（人教版2024）

第八章 运动和力 高速列车启动后，在牵引力的作用下逐渐加速，随居在一段平直的轨道上做匀速直线运动。当列车准备进站时，又会在阻力的作用下逐渐减速，最后停靠在站台上。运动和力之间有什么关系呢?从两千多年前的亚里士多德，到16世纪末的伽利略，以及后来的笛卡儿、牛顿等杰出的科学家，对运动和力的关系进行了一系列的研究。 关于运动和力，你可能也有自己的思考和疑惑。带着这些问题，让我们一起进入关于运动和力相关内容的学习吧! 八年级下册 •人教版 第2节 二力平衡 1. 说明: ppt使用高质量视频，资源比较大，本ppt约140MB. ………………………………………………………………………………………… 2. 视频资源：本ppt共有63张、4段视频，可根据需要选择点播. ①演示实验—《探究二力平衡的条件》 ②演示实验—《探究二力平衡的条件（2）》 ③表演剧——《“相互的力”与“平衡的力”》 ④课堂总结—《二力平衡》 ………………………………………………………………………………………… 3. 免责声明：视频版权归原作者，如涉及版权问题，请联系删除。 致 老师同学 运动员跳伞时，他和伞在空中受到重力和阻力的作用。在这两个力的作用下，运动员和伞在某个阶段会沿竖直方向匀速下落。 这种情况下，运动员和伞所受的重力和阻力应该有怎样的关系呢? 第2节 二力平衡 导入新课 跳伞 1. 通过观察和分析生活实例，形成关于平衡状态和二力平衡的初步认识，会判断物体受到的力是否为平衡力。能运用二力平衡的知识，对生活中的平衡现象进行分析和解释。 2. 通过分析有关二力平衡的实验现象，培养学生的科学论证能力。 3. 能设计实验方案、观察实验现象，记录数据，通过交流，总结二力平衡的条件。 4. 经历应用二力平衡的条件解决实际问题的过程，体会物理学是基于人类有意识地探究形成的，培养实事求是及合作探究的科学精神。 学习目标 第2节 二力平衡 1. 二力平衡的条件 2. 二力平衡条件的应用 3. 课堂总结 4. 练习与应用 5. 提升训练 学习内容 第2节 二力平衡 二力平衡的条件 一 第2节 二力平衡 二力平衡的条件 一 1. 物体的受力分析 支持力F 重力G 杯子受到的力有： 重力G与桌面支持力F。 电灯受到的力有： 重力G与拉力F。 拉力F 重力G （1）静止在桌面上的杯子 （2）静止的电灯 二力平衡的条件 一 （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。 二力平衡的条件 一 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： 牵引力F、空气与地面的阻力f 在竖直方向上： 汽车的重力G、 地面的支持力N 二力平衡的条件 一 2. 平衡状态与平衡力 （1）平衡状态 物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，就说这几个力相互平衡，物体处于平衡状态。 （2）平衡力 使物体处于平衡状态的两个力（或多个力）叫做平衡力。当物体受到两个力的作用时，如果物体保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这两个力相互平衡，简称二力平衡。 二力平衡的条件 一 3. 实验探究：二力平衡的条件 【提出问题】 二力平衡时，二力的大小、方向、作用点应该有什么关系? 它们在一条直线上吗?下面通过实验探究二力平衡的条件。 【实验思路】 要想找到物体在两个力作用下处于平衡状态时两个力之间的关系，应该先想办法在物体上施加两个力使物体平衡，然后在物体平衡时测量这两个力，看看这两个力之间存在怎样的关系。 你准备怎样做这个实验?请你和同学讨论，设计可行的方案。 二力平衡的条件 一 方案如下：如图所示，将小车放在光滑的水平桌面上，使小车在水平方向上受两个力的作用。 采用控制变量法进行探究，分别改变这两个力的大小（通过改变砝码的质量）、方向、是否共线（通过扭转小车实现）和是否同体（通过分别拉2辆小车实现），由静止释放小车，观察小车在什么条件下会保持静止状态不变。 二力平衡的条件 一 【实验过程】 （1）如实验装置图甲所示，将小车放在光滑的水平桌面上，安装好实验装置。在两边的托盘里分别放上质量不相等的砝码，观察小车的运动情况。 （2）如图乙所示，在两边的托盘里放上质量相等的砝码，观察小车的运动情况。 甲 乙 二力平衡的条件 一 （3）将连接小车右侧托盘的细线挂于小车左侧挂钩处，使二力的方向同时向左，观察小车的运动情况（丙图）。 （4）保持两边托盘里的砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度后释放，观察小车的运动情况（丁图）。 丙 丁 二力平衡的条件 一 （5）控制二力的大小不变，方向相反，保持二力在同一直线上，用细线把两个小车的挂钩连在一起。用剪刀把细线剪断，观察小车的运动情况（戊图）。 戊 二力平衡的条件 一 【实验条件和现象记录表】 小车在水平方向所受二力的情况 小车的运动 状态是否改变 大小 方向 是否在同一直线上 不相等 相反 是 改变 相等 相反 是 不改变 相等 相同 是 改变 相等 相反 否 改变 二力平衡的条件 一 【实验结论】进一步的研究表明： 二力平衡的条件： 作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力就彼此平衡。 记忆口诀：“同体、等大、反向、共线”。 交流讨论实验结果，总结二力平衡的条件。 二力平衡的条件 一 【交流与评估】 （1）本实验中选用了小车而不选用木块，是为了减小摩擦给实验带来的误差。 （2）本实验设计的优点是：可以不考虑物体的重力对实验的影响。 （3）实验中，桌面必须水平，否则小车的重力会影响实验。 （4）实验中，如果两侧的砝码个数不相等但小车仍然处于静止状态，则原因是小车受到桌面的静摩擦力比较大。 二力平衡的条件 一 【方案二】用小卡片探究二力平衡的条件 ①该方案以小卡片为研究对象，钩码通过定滑轮对卡片施加力的作用。 ②当两线端所挂钩码质量相等时，小卡片静止；当两线端所挂钩码质量不等时，小卡片运动；把小卡片转过一个角度，再松手时，小卡片转动；用剪刀把小卡片从中间剪开，再松手时，小卡片运动。 ③本方案选用硬纸片的原因是减小摩擦对实验的影响，但是还受重力，因此对实验结论也有影响。 二力平衡的条件 一 视频演示——《探究二力平衡的条件》 二力平衡的条件 一 视频演示——《探究二力平衡的条件（方案二）》 二力平衡的条件 一 A.在空中自由下落的石块，下落速度越来越快，运动状态改变； B.在圆形跑道上匀速跑步的运动员，运动方向改变，运动状态改变； C.竖直向上抛出的篮球，上升速度改变， D.沿笔直斜坡匀速上行的汽车，匀速直线运动，运动状态不变。 【例题1】不计空气阻力，下列物体处于平衡状态的是（ ） A. 在空中自由下落的石块 B. 在圆形跑道上匀速跑步的运动员 C. 竖直向上抛出的篮球 D. 沿笔直斜坡匀速上行的汽车 D 所以选D. 二力平衡的条件 一 【例题2】如图所示，是探究“二力平衡的条件”实验，小车置于水平桌面，两端的轻质细绳绕过定滑轮挂有等重钩码。F1是小车受到的向左的拉力，F2是小车受到的向右的拉力，F1与F2在同一水平直线上。下列说法不正确的是（     ） A．因为摩擦可忽略，小车在水平方向上只受到F1、F2作用 B．增减钩码个数，是探究二力大小对小车平衡的影响 C．F1、F2大小相等时，小车一定处于平衡状态 D．将小车水平扭转90°时， F1、F2仍在同一直线上 D 二力平衡的条件 一 A．实验忽略摩擦，小车水平方向只受到水平向左的拉力F1和水平向右的拉力F2，故A正确，不符合题意； B．增减钩码个数，小车受到的两个拉力大小不相等，探究二力大小对小车平衡的影响，故B正确，不符合题意； C．小车两端受到的两个拉力大小相等时，小车处于静止状态，即处于平衡状态，所以F1、F2大小相等时，小车处于平衡状态，故C正确，不符合题意； D．将小车水平扭转90°时，两个力不在同一直线上，松手后小车不能平衡，小车会发生转动，探究不在同一直线上的两个力是否平衡，故D错误，符合题意。故选D。 二力平衡的条件 一 【例题3】某小组用如图所示装置探究“二力平衡的条件”，每个钩码质量均为50g。 （1）如图甲所示，小组同学在左边挂一个钩码，右边挂两个钩码时，木块仍然保持静止状态，产生这一现象的原因是木块受到______力的作用，这时木块在水平方向受到的力______（选填“平衡”或“不平衡”）； （2）经过讨论，小组同学设计出了如图乙所示装置，要求卡片的质量较____。在图乙装置左边和右边各挂一个钩码后，将小卡片转动一小角度，松手后，小卡片旋转后又恢复原状，这表明相互平衡的两个力需要作用在_________上； 摩擦 平衡 摩擦 同一条直线 二力平衡的条件 一 （3）为了探究猜想“只有作用在同一物体上的两个力才能平衡”，如果利用如图乙所示装置进行实验，下一步的操作是_______。 剪开卡片 （1）若左边挂一个钩码，右边挂两个钩码时，木块仍然保持静止状态，则木块处于平衡状态，受到平衡力作用，因物体两侧受到的拉力不同，故此时木块和桌面之间的摩擦力对实验产生了影响。 （2）如图乙所示装置中，乙装置选取卡片质量要小，以减小重力的影响。 在左边和右边各挂一个钩码后，将小卡片转动一小角度，这样两个力不在同一直线上，卡片将无法在这个位置平衡，因而松手后，小卡片旋转后又恢复原状，这表明相互平衡的两个力需要作用在同一直线上。 （3）为了探究猜想“只有作用在同一物体上的两个力才能平衡”，此时把小卡片从中间剪开，使小卡片变成两个小卡片，观察两个小卡片的运动情况。 二力平衡条件的应用 二 第2节 二力平衡 二力平衡条件的应用 二 1. 判断二力平衡的方法 （1）根据物体受力情况判断 作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上，则这两个力平衡。 （2）根据物体的运动情況判断 一个物体受到两个力的作用，若物体保持静止状态或匀速直线运动状态，则这两个力平衡。 二力平衡条件的应用 二 2. 区别“平衡力”和“相互的力” G N N F 木块受到的力：重力G与 地面对木块的支持力N 这是一对平衡的二力 木块对地面有一个压力F、 地面对木块有一个支持力N 这是一对相互的二力 以木块为 研究对象 分别以木块、 地面为研究对象 （1）实例分析：分析地面上木块的受力情况，找出平衡力？相互的力？ 二力平衡条件的应用 二   一对平衡力 一对相互作用力 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”的比较 同一物体 两个物体 二力平衡条件的应用 二 欣赏表演剧——《“相互的力”与“平衡的力”》 注意：剧中镜头有可能引起内心不适症状，切勿模仿。 二力平衡条件的应用 二 3. 二力平衡的应用 （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可以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 二力平衡条件的应用 二 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，则此二力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。 物体重力等于拉力： G=F 用弹簧测力计测量物体所受的重力G，利用的是二力平衡条件。 （2）判断物体的运动状态 已知物体的受力情況，可以通过受力分析判断物体是否处于平衡状态。如果物体只受两个力作用，且这两个力满足“同体、等大、反向、共线”的条件，就可以判定物体处于平衡状态（物体静止或做匀速直线运动）。以在水平路面上运动的小车为例进行分析： 支持力N 重力G 阻力f 牵引力F 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。 二力平衡条件的应用 二 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： 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。 二力平衡条件的应用 二 4. 找重心 利用二力平衡，可以找不规则物体的重心，例如前边讲的悬挂法找薄板的重心。 重力的方向竖直向下，可采用悬挂法确定形状不规则物体的重心。 图乙中物体重心在AB线段上，图丙中物体重心在DE线段上，故AB与DE的交点C即为该物体的重心。 二力平衡条件的应用 二 5. 力与运动的关系 ①受到平衡力 运动状态 不发生改变 保持静止或 匀速直线运动 ②受非平衡力 运动状态 要发生改变 运动的速度或 方向发生改变 二力平衡条件的应用 二 【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。 二力平衡条件的应用 二 二力平衡条件的应用 二 【例题5】如图所示，一只碗放在水平桌面上静止不动，以下两个力是一对平衡力的是（　　） A．桌面对碗的支持力和碗对桌面的压力 B．桌面对碗的支持力和碗的重力 C．碗对桌面的压力和碗的重力 D．碗对桌子的压力和地面对桌面的支持力 B 二力平衡条件的应用 二 A．桌面对碗的支持力和碗对桌面的压力，这两个力 分别作用在了碗和桌面上，没有作用在同一物体上， 不是一对平衡力，故A不符合题意； B．桌面对碗的支持力和碗受到的重力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故B符合题意； C．碗对桌面的压力和碗的重力，作用在两个物体上，不是一对平衡力，故C不符合题意； D．地面对桌面的支持力大小等于桌子和碗的重力之和，所以，碗对桌子的压力和地面对桌面的支持力，二力大小不相等，不是一对平衡力，故D不符合题意。 故选B。 G F 四 课堂总结 第2节 二力平衡 课堂总结（1） 四 ①平衡状态：物体受几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，则这几个力相互平衡，物体处于平衡状态. ②平衡力：使物体处于平衡状态的两个力（或多个力）. ③二力平衡：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. ④二力平衡条件：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. 二力平衡条件的应用 二力平衡 二力平衡条件 课堂总结（2） 四 四 练习与应用 第2节 二力平衡 练习与应用 四 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。 练习与应用 四 2. 在水平的地面上，一个人沿水平方向用20N的力推一辆小车匀速向左运动，试着在图中画出小车所受阻力的大小和方向（可把力的作用点画在重心上）。 人沿水平方向用力推一辆小车匀速向西运动，小车所受阻力f与推力F是一对平衡力，所以小车所受阻力的大小为20牛，方向水平向东。 f= 20N F 练习与应用 四 3. 质量为40kg的小船静止在水面上，它除了受到重力，还受到另外一个力的作用，这个力的大小等于多少？方向如何？试着在图中画出小船受力的示意图？（可把力的作用点画在重心上）。g取10N/kg。 小船所受重力大小： G=mg=40kg×10N/kg=400牛，方向竖直向下； 小船受到的另一个力与重力是一对平衡力，故另一个力的大小也为400N，方向是竖直向上。 F=400N G=400N 练习与应用 四 4. 在水平公路上匀速行驶的汽车受到几对平衡力的作用？为什么说它们是互相平衡的？若以图中的长方形表示这辆汽车，请在图中画出汽车受力的示意图。 在水平公路上匀速行驶的公交车，受到两对平衡力的作用。 在水平方向上，汽车受到的牵引力F牵和阻力F阻是一对平衡力； 在竖直方向上，汽车所受的重力G和支持力F支是一对平衡力。 因为这两对力中的每一对力都是大小相等、方向相反的，作用在同一条直线上，且都作用在汽车上，因此他们相互平衡。 F支 G F牵 F阻 五 提升训练 第2节 二力平衡 提升训练 五 1. 下列物体中，正在受到平衡力作用的是（　　） A．竖直向上抛出的橡皮 B．随观光电梯一起匀速上升的游客 C．沿光滑斜坡滚下的小球 D．正在匀速转向行驶的汽车 D 解析见下页 提升训练 五 A．竖直向上抛出的橡皮，受到竖直向下空气阻力和重力，两个力方向相同，不是平衡力，故A不符合题意； B．随观光电梯一起匀速上升的游客做匀速直线运动，属于平衡状态，受平衡力的作用，故B符合题意； C．沿光滑斜坡滚下的小球，速度越来越大，不是平衡状态，故C不符合题意； D．正在匀速转向行驶的汽车，运动方向发生改变，不属于平衡状态，不受平衡力的作用，故D不符合题意。 故选B. 2. 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的重力没有满足二力平衡关于作用在同一个物体上的条件，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化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 五 提升训练 五 3. 一架遥控无人机悬停在空中，旋翼快速转动给气体施加向下的力，从而获得向上的升力，说明物体间力的作用是_______，当无人机匀速直线升空（不考虑空气阻力）时，无人机受到的升力_______悬停时受到的升力；若此时由于故障，旋翼停止转动，无人机将_____________________ 。 相互的 等于 减速上升后加速下降 解析见下页 提升训练 五 力是物体对物体的作用，一架遥控无人机悬停在空中，旋翼快速转动给气体施加向下的力，从而获得向上的升力，说明物体间力的作用是相互的。 当无人机匀速直线升空（不考虑空气阻力）时，受力平衡，无人机受到的升力等于重力，而悬停时也是受力平衡，升力等于重力，故无人机受到的升力等于悬停时受到的升力。 若此时由于故障，旋翼停止转动，无人机由于惯性保持原来的运动状态继续上升，但由于重力作用而减速，速度减小为0后，加速下降，故先减速上升后加速下降。 提升训练 五 4. 如图，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（取g=10N/kg）。 二力平衡 2 解析见下页 提升训练 五 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 ×10N/kg=2N 提升训练 五 5. 如图所示，绳子拉着小球，使小球在水平面做匀速圆周运动。不考虑空气阻力，g=10N/kg。 （1）画出小球所受重力和小球对绳子拉力的示意图； （2）若小球质量为100g，则小球所受重力为______N； （3）小球受力________（选填“平衡”或“不平衡”），你的依据是_________ 。 1 不平衡 见解析 解析见下页 提升训练 五 （1）重力的作用点在重心，方向竖直向下； 小球对绳子的拉力作用点在绳子上，方向沿绳向下； 如图所示。 （2）小球重力为 （3）对小球进行受力分析，若忽略空气阻力不计，此时小球受到绳子对它的拉力和重力，由于重力和拉力不在一条直线上，不是一对平衡力，小球的运动状态发生改变，因此小球受力不平衡。 提升训练 五 6. 在探究“二力平衡的条件”的实验中，小明采用的实验装置如图甲所示。 （1）实验过程中，要求桌面水平且表面是______（填“光滑”或“粗糙”）的； 光滑 （2）将系于小车两端的线挂上托盘，并在托盘中加砝码，分别跨过两定滑轮，使作用在小车上的两个拉力方向相反，并通过调整_______来改变拉力的大小。当小车平衡时，将小车水平扭转一个角度，松手后小车不能保持平衡，这样的操作是为了探究相互平衡的二力是否______； 砝码个数 作用在同一直线 提升训练 五 （3）若用图乙装置做实验时，将纸片从中间剪开是为了探究相互平衡的二力是否____________ ； （4）两个探究方案相比较，_____方案的探究过程对实验结论的影响小些，理由是________________ 。 作用在同一物体 乙 乙摩擦力比甲小 解析见下页 提升训练 五 （1）实验中，水平桌面要求是光滑的，这样可避免摩擦力对实验的影响。 （2）图甲中，托盘及砝码通过定滑轮对小车施加两个拉力作用，想要改变拉力的大小，可通过调整砝码的个数来实现。 小车平衡时，若将小车扭转一定角度，两个拉力作用在不同的直线上，小车不能保持平衡，这是为了探究相互平衡的二力是否作用在同一直线上。 （3）图乙中，平衡的两个力作用在纸片上，纸片处于平衡状态，将纸片剪开，则两个力作用在不同的物体上，两个物体不能保持平衡，这是为了探究相互平衡的二力是否作用在同一物体上。 （4）甲实验中，小车与水平桌面的摩擦力较大，对实验的影响较大；乙实验中绳子与定滑轮间的摩擦较小，对实验的影响较小，所以乙方案的探究过程对实验结论的影响小些。 Lavf59.27.100 Lavf59.27.100 Lavf58.45.100 Lavf59.27.100 $$