8.2二力平衡（课件）-2024-2025学年人教版物理八年级下册

第八章 运动和力 8 . 2 二力平衡 【自主预习】阅读教材，完成以下问题： 1．物体受到几个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说这几个力平衡或物体处于平衡状态，二力平衡最是简单的平衡状态。 2．二力的平衡条件：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。 3. 分析下列物体的受力情况： （1）放在桌子上静止的花瓶，受到竖直向下的重力和桌面对它竖直向上的支持力，二力平衡； （2）在水平道路上做匀速直线运动的汽车，水平方向受到方向相反的牵引力和阻力，二力平衡；在竖直方向上，汽车受到竖直向下的重力和路面对它竖直向上的支持力，二力平衡。 4. 悬挂着的吊灯重力为2N，则吊线对它的拉力大小为2 N，方向是竖直向上的。 5. 水平路面上有一辆向左运动的汽车，在水平方向上受到汽车发动机的牵引力和阻力。 （1）若牵引力等于阻力，则二力平衡（选填“平衡”或“不平衡”），车向左做匀速直线运动； （2）若牵引力大于阻力，二力不平衡（选填“平衡”或“不平衡”），车向左做加速直线运动； （3）若牵引力小于阻力，二力不平衡（选填“平衡”或“不平衡”），车向左做减速直线运动。 一个物体同时受到两个力作用，如果物体保持静止或匀速直线运动状态，那么这两个力就彼此平衡，我们称之为二力平衡。 二力平衡 1.物体受平衡力作用时，几个力的作用效果相互抵消，相当于不受力。 2.若物体处于静止或匀速直线运动状态，则物体不受力或受平衡力的作用。搬而未起、推而不动时，物体的受力情况虽发生改变，但仍处于静止状态，其受力仍然平衡。 特别提醒！ 不计空气阻力，下列物体处于平衡状态的是（ ） 典例1 D 物体处于静止或匀速直线运动状态都叫做平衡状态 A.在空中自由下落的苹果 B.在圆形跑道上匀速跑步的运动员 C.竖直向上抛出的石子 D.沿笔直斜坡匀速上行的汽车 知识点 二力平衡的条件 如果处于平衡状态下的物体只受两个力作用，这两个力要满足什么条件才能平衡呢？ 两个力的大小可能要相等 两个力的方向可能要相反 两个力可能要在一条直线上 两个力应该在同一物体上 猜想 2 实验探究：二力平衡的条件 设计实验 小车在水平方向上只受到两个力F1和F2的作用。实验时，可以从力的三要素及验证二力平衡需作用在同一物体上去探究，力F1和F2满足什么关系时，小车可以保持平衡。 实验器材 滑轮（2个）、小车、细绳、砝码若干、两个相同的托盘、光滑桌面等。 （1）在一边的两个托盘上放上等重的砝码，即小车受到大小方向相同的两个力，放开小车，观察小车的运动。 实验步骤 （2）在两边的两个托盘上放上不等重的砝码，即F2＞F1时，放开小车，观察小车的运动。 F2＞F1 （3）在两边的两个托盘上放上等重的砝码，即F2=F1时，放开小车，观察小车的运动。 F1=F2 （4）在两个托盘中各放一个质量相等的砝码，将小车旋转一定角度，使两个拉力不在同一条直线上，放开小车，观察小车的运动。 探究二力平衡的条件 二力平衡 【实验设计】如图，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。 【实验器材】木板、小车、砝码、细线、定滑轮、弹簧测力计、等质量小盘2个。 【进行实验并收集数据】 （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）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。 （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（乙图）。 （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（丙图）。 （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（丁图）。 【实验记录】 序号 力的大小 力的方向 是否在同一直线上 是否作用在同一物体上 小车是否平衡 1 不相等 相反 是 是 否 2 相等 相反 是 是 是 3 相等 相反 是 是 否 4 相等 相反 不是 是 否 5 相等 相反 是 不是 否 【分析与论证】 （1）比较表中实验序号1与2可知，要使小车保持静止，必须使两托盘中砝码的质量相等，说明二力平衡的条件之一是两个力的大小相等。 （2）比较表中实验序号2与3可知，当二力方向相反时，小车静止；当二力均向左拉，即方向相同时，小车的运动状态改变，说明二力平衡的条件之一是两个力方向相反。 （3）比较表中实验序号2与4可知，当把小车扭转一个角度，使二力不在同一条直线上时，小车运动状态发生了改变。而小车重新恢复到原来的静止状态时，二力在同一条直线上，说明二力平衡的条件之一是两个力作用在同一条直线上。 （4）比较表中实验序号2与5可知，当二力作用在同一物体上时，小车静止；当二力作用在不同物体上时，小车的运动状态改变，说明二力平衡的条件之一是两个力作用在同一物体上。 （5）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。 【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 【例题2】如图甲所示是小明同学设计组装的“探究二力平衡的条件”实验装置。 （1）实验中，小明将系于小车两端的线分别跨过桌面左右两端的滑轮，在线两端的小盘上放上砝码，通过调整 来改变F1和F2的大小； （2）实验中，保持F1和F2大小相等，用手将小车扭转一个角度，松手后，小车将______（选填“转动”或“保持静止”），设计这一步骤是为了探究两个力是否__________； （3）小华同学设计组装了如图乙所示的实验装置，比较甲、乙两种实验装置，_____的实验装置更合理，原因是该设计减小了_____对实验的影响。 砝码个数 转动 在同一直线上 甲 摩擦力 探究二、二力平衡的条件的应用 力的平衡在日常生活中有许多实际应用，主要包括以下两方面： 一是会根据平衡状态找出平衡力，利用二力平衡条件求其中一个力的大小方向。二是已知两个力的大小、方向及作用点，根据二力平衡的条件来判断物体的运动状态（平衡状态或非平衡状态）。 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。 【进行分析】 （1）分析静止在水平面上的物体的受力情况 因物体静止，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重力的大小F=G，支持力的方向竖直向上。 （2）用弹簧测力计测量物体所受重力的原理 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，所以物体重力的大小等于拉力的大小G=F。 2.判断物体的运动状态（平衡状态或非平衡状态） 【分析】以在水平路面上向左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： （1）在竖直方向上受到的力有：重力G、地面支持力N，是一对平衡力。 （2）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F=f，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F＞f，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F＜f，二力不平衡，小车向左做减速直线运动。（以上均选填“匀速”、“加速”或“减速”） 3. 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。 4. 运动和力的关系 物体受到平衡力的作用，运动状态不发生改变，即保持静止状态或匀速直线运动状态。物体受到非平衡力的作用，运动状态发生改变，即运动的速度或方向发生改变（均选填“发生”或“不发生”）。 5. 区别“平衡力”和“相互的力” 【分析】一本书静止在水平桌面上时，分析书、桌面的受力情况。 如图甲所示，水平桌面上的一本书所受重力G和桌面对书的支持力F是一对平衡力。如图乙所示，书对桌面的压力F ' 和桌面对书的支持力F是一对相互作用力。 Ｆ Ｇ 电灯受的拉力F 与重力G 二力平衡 G F 受平衡力作用处于静止状态 悬挂着的电灯 【例题3】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。 已知：m=0.5kg 解： G=mg=0.5kg×9.8N/kg=4.9N F=G=4.9N 答：电灯受到拉力4.9牛 G F 【例题4】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．线对天化板的拉力 B 匀速上升运动状态 ——平衡状态 举出一些生活中在两个力的作用下保持平衡状态的现象。 G F浮 G F浮 匀速上浮潜水艇 G F阻 匀速降落的运动员 G F支 静止状态 ——平衡状态 N G 桌面上的书 G F浮 静止的轮船 G F拉 1．下列描述的现象中，不属于运动状态改变的是（　　） A．小华坐在滑轮车上从坡上快速的滑下来 B．人造同步通讯卫星绕地球匀速转动 C．物体从光滑的斜面上滑下来 D．神舟五号飞船在返回地面的最后时刻，弹射出缓冲降落伞，使飞船匀速直线下降到指定地点 2. 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 B 3．在下列物体受力示意图中，哪个物体受到的两个力是彼此平衡的（　　） A A B C D A 4．第24届冬季奥运会于2022年2月4日在北京举行，冰壶为正式比赛项目之一。如图所示，当冰壶在冰面上滑动时（　　） A．冰壶受到的重力与冰壶对冰面的压力是一对平衡力 B．冰面对冰壶的支持力与冰壶对冰面的压力是一对平衡力 C．冰壶受到的重力与冰壶对冰面的压力是一对相互作用力 D．冰壶受到的重力与冰面对冰壶的支持力是一对平衡力 D 5．一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 6．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 7．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 8. 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； （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 ； （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 。 光滑 砝码个数 作用在同一直线 作用在同一物体 乙 乙摩擦力比甲小 $$