第三节 二力平衡（教学课件）物理新教材沪科版八年级全一册

物理八年级全一册 •沪科版 第七章 力与运动 第三节 二力平衡 世间万物的安稳，从来都不是无源之水。静立的山峦、匀速的流云、悬停的蜂鸟，看似不动声色的表象之下，皆是力与力的精准相持。二力平衡不是静止的停滞，而是两种作用在制衡中达成的稳态秩序。 学习目标——物理学科素养 01 物理观念 知道平衡状态包括静止和匀速直线运动状态，理解平衡力的含义。 掌握二力平衡条件，能用它分析常见物体的受力现象。 02 科学思维 由实验现象归纳二力平衡条件，形成归纳推理能力。 能区分平衡力与相互作用力，正确判断物体是否平衡。 03 科学探究 经历探究二力平衡条件的实验过程，学会控制变量。 学会观察现象、记录数据并归纳得出实验结论。 04 科学态度与责任 感受生活、杂技与工程中的平衡之美，激发学习兴趣。 养成严谨求实的实验态度，乐于用物理知识解释身边现象。 教学重难点 教学难点 教学重点 1. 平衡状态与平衡力的概念； 2. 二力平衡的四个条件：同体、等大、反向、共线； 3. 运用二力平衡条件分析物体受力、判断运动状态。 1. 区分平衡力与相互作用力； 2. 探究“同一直线”条件的实验设计与现象分析； 3. 结合受力分析判断物体是否处于平衡状态。 情境引入：受力的物体为何能保持平衡？ 桌面上的茶杯 受到重力和桌面支持力，茶杯保持静止不动。 公路上的汽车 受到牵引力和阻力，汽车做匀速直线运动。 悬挂的吊灯 受到重力和电线拉力，吊灯保持静止。 跳伞运动员 受到重力和空气阻力，运动员匀速下落。 思考：这些物体明明受到外力，为什么仍能静止或做匀速直线运动？这与牛顿第一定律矛盾吗？ 什么是平衡状态与平衡力？ 一、平衡状态 物体保持静止状态，或者保持匀速直线运动状态，统称为平衡状态。 二、平衡力 物体在两个力的作用下处于平衡状态，这两个力就互称为平衡力。 两力大小相等、方向相反，作用效果相互抵消。 静止状态 物体相对于地面位置不变，速度始终为零，如静止在桌面上的茶杯。 匀速直线运动 物体沿直线运动，速度大小和方向都保持不变。 平衡力的作用效果相互抵消，物体相当于不受力，因此运动状态保持不变。 什么是平衡状态与平衡力？ 一、平衡状态 物体保持静止状态，或者保持匀速直线运动状态，统称为平衡状态。 二、平衡力 物体在两个力的作用下处于平衡状态，这两个力就互称为平衡力。 两力大小相等、方向相反，作用效果相互抵消。 静止状态 物体相对于地面位置不变，速度始终为零，如静止在桌面上的茶杯。 匀速直线运动 物体沿直线运动，速度大小和方向都保持不变。 平衡力的作用效果相互抵消，物体相当于不受力，因此运动状态保持不变。 知识点1 平衡状态与平衡力 认识静止与匀速直线运动状态，理解物体间相互平衡的两个力 平衡实例：它们各受到哪两个力？ 停在枝头的小鸟 重力 G ↓　树枝支持力 N ↑ 二力平衡，小鸟静止 匀速下落的运动员 重力 G ↓　空气阻力 f ↑ 二力平衡，匀速下降 梵净山蘑菇石 重力 G ↓　山体支持力 N ↑ 二力平衡，岩石静止 处于平衡状态的物体，所受两个力大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。 练一练：下面哪些物体处于平衡状态？ 静止在桌面的茶杯 重力与桌面支持力平衡 处于平衡状态 匀速行驶的汽车 牵引力与阻力平衡 处于平衡状态 静止悬挂的吊灯 重力与电线拉力平衡 处于平衡状态 静止放在桌面的课本 重力与桌面支持力平衡 处于平衡状态 判断依据：只要物体保持静止或做匀速直线运动，它所受的力就是平衡力。 典例分析 例1　将一支钢笔静止放在水平桌面上的书本上。下列关于钢笔受力的说法，正确的是（　　） A．钢笔受到的重力与书对钢笔的支持力是一对平衡力 B．钢笔对书的压力与书对钢笔的支持力是一对平衡力 【解析】区分平衡力与相互作用力，关键看两个力是否作用在同一物体上。 A：重力与支持力都作用在钢笔上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上，是一对平衡力，A 正确。 B：钢笔对书的压力作用在书上，书对钢笔的支持力作用在钢笔上，两力作用在不同物体上，是一对相互作用力，B 错误。 答案：A 典例分析 例2　如图所示的 A、B、C 三幅受力示意图中，哪一对力是平衡力？（　　） A B C 【解析】二力平衡必须同时满足：作用在同一物体上、大小相等、方向相反、作用在同一直线上。 A、B 两图中两个力不在同一条直线上，不满足共线条件，不是平衡力。 C 图中两个力作用在同一物体上，大小相等、方向相反、且作用在同一直线上，是一对平衡力。 答案：C 知识点2 二力平衡的条件 通过实验探究，归纳二力平衡必须同时满足的四个条件 做中学：探究二力平衡条件的实验装置 两端带滑轮的实验装置与硬纸板 实验器材 实验目的：通过改变砝码质量、扭转纸板等操作，探究物体平衡时两个力应满足的条件。 • 两端带定滑轮的长木板 • 轻质硬纸板 M • 细绳、托盘与砝码若干 研究对象：纸板 M；水平方向受向左 、向右 。 定滑轮改变力的方向，把砝码重力转为水平拉力。 M F2 F1 实验过程：三步操作与观察到的现象 1 等质量砝码 左右两盘砝码质量相等，纸板受到的两个拉力大小相等、方向相反、且在同一直线上。 纸板保持静止，处于平衡。 2 扭转一个角度 把纸板扭转一个小角度，使两个拉力不在同一直线上，松手后观察纸板。 纸板发生转动，不能保持平衡。 3 一侧加砝码 在右侧托盘再加砝码，使两个拉力大小不再相等，松手后观察纸板。 纸板向拉力较大的一侧运动。 只有大小相等、方向相反、作用在同一直线上时，纸板才能保持平衡。 二力平衡的四个条件（缺一不可） 同体 作用在同一物体上 两个力必须作用在同一个研究物体上，这是平衡力与相互作用力的首要区别。 等大 大小相等 两个力的大小相等，即 ，物体在这一方向上合力为零。 反向 方向相反 两个力的方向正好相反，一个向左、一个向右（或一个向上、一个向下）。 共线 作用在同一直线上 两个力必须作用在同一条直线上，否则物体就会发生转动。 记忆口诀：同体 · 等大 · 反向 · 共线，四个条件同时满足，二力才平衡。 对比辨析：平衡力与相互作用力 比较项目 平衡力 相互作用力 受力物体 作用在同一物体上 作用在两个不同物体上 大小 大小相等 大小相等 方向与共线 方向相反、同一直线 方向相反、同一直线 力的性质 可以是不同性质的力 一定是同种性质的力 存在关系 一个消失，另一个可仍存在 同时产生、同时消失 关键区别：看两个力是否作用在同一物体上——同体是平衡力，异体是相互作用力。 对比辨析：平衡力与相互作用力 比较项目 平衡力 相互作用力 受力物体 作用在同一物体上 作用在两个不同物体上 大小 大小相等 大小相等 方向与共线 方向相反、同一直线 方向相反、同一直线 力的性质 可以是不同性质的力 一定是同种性质的力 存在关系 一个消失，另一个可仍存在 同时产生、同时消失 关键区别：看两个力是否作用在同一物体上——同体是平衡力，异体是相互作用力。 对比辨析：平衡力与相互作用力 比较项目 平衡力 相互作用力 受力物体 作用在同一物体上 作用在两个不同物体上 大小 大小相等 大小相等 方向与共线 方向相反、同一直线 方向相反、同一直线 力的性质 可以是不同性质的力 一定是同种性质的力 存在关系 一个消失，另一个可仍存在 同时产生、同时消失 关键区别：看两个力是否作用在同一物体上——同体是平衡力，异体是相互作用力。 典例分析 例3　探究二力平衡条件的实验装置如图所示，下列说法错误的是（　　） A．两端砝码质量相等时，小车静止，两端拉力大小相等 B．小车静止时，水平方向的两个拉力是一对平衡力 C．两端砝码质量不等时，小车向砝码多的一侧运动 D．将小车扭转 90° 后松手，小车仍能保持静止平衡 【解析】A、B、C 说法均正确：等质量砝码时小车平衡，两拉力为平衡力；砝码不等时小车向拉力大的一侧运动。 D：将小车扭转 90° 后，两个拉力不在同一直线上，不满足"共线"这一条件，松手后小车不能保持平衡，D 说法错误。 答案：D（本题要求选出错误说法） 知识点3 二力平衡条件的应用 运用二力平衡条件分析受力、测量力的大小并判断运动状态 探索新知——如何学好物理？ 二力平衡条件在生活中的应用 测量滑动摩擦力 水平匀速拉动木块时，拉力与滑动摩擦力平衡，拉力大小等于摩擦力。 测量物体重力 钩码静止悬挂时，拉力与重力平衡，测力计示数等于物体重力。 起重机匀速升降 钢材匀速上升或下降时，钢丝绳拉力始终等于钢材所受重力。 跳伞匀速下降 运动员匀速下降时，重力与空气阻力平衡，二者大小相等。 物体处于平衡状态时，利用二力平衡可以由已知力求出未知力的大小。 典例分析 例4　起重机以速度 匀速上升时，钢丝绳拉力为 6000 N。若起重机以 的速度匀速下降，钢丝绳拉力为（　　） A．大于 6000 N　　B．等于 6000 N　　C．小于 6000 N　　D．无法判断 【解析】匀速上升和匀速下降都属于平衡状态，货物所受拉力与重力始终是一对平衡力。 平衡时拉力始终等于重力，与速度的大小、运动方向无关，因此匀速下降时拉力仍为 6000 N。 答案：B 典例分析 例4　起重机以速度 匀速上升时，钢丝绳拉力为 6000 N。若起重机以 的速度匀速下降，钢丝绳拉力为（　　） A．大于 6000 N　　B．等于 6000 N　　C．小于 6000 N　　D．无法判断 【解析】匀速上升和匀速下降都属于平衡状态，货物所受拉力与重力始终是一对平衡力。 平衡时拉力始终等于重力，与速度的大小、运动方向无关，因此匀速下降时拉力仍为 6000 N。 答案：B 课堂小结 梳理平衡状态、二力平衡条件与实际应用，构建本节知识体系 课堂小结 二力平衡 一、平衡状态 静止状态；匀速直线运动状态。 处于平衡状态时受到的力叫平衡力。 二、平衡条件 同一物体、大小相等、方向相反、同一直线。 同体 · 等大 · 反向 · 共线，缺一不可。 三、条件的应用 测量滑动摩擦力；测量物体重力；判断受力是否平衡。 平衡时由已知力求未知力。 课堂练习 课堂练习 探究新知 1. 起重机吊着重物使其以速度 v0匀速上升，钢丝绳的拉力是 6 000 N；若起重机吊着同一重物使其以的速度匀速下降，则此时钢丝绳的拉力（ ）。 A. 大于 6 000 N B. 等于 6 000 N C. 等于 3 000 N D. 小于 3 000 N 【解析】当重物匀速上升或者匀速下降时，重物都处于平衡状态，竖直方向上受到的拉力和重力是一对平衡力，大小相等。 匀速上升： 匀速下降：速度大小改变，但仍然是匀速运动、受力平衡，所以拉力 课堂练习 探究新知 2. 一本书放在水平桌面上，书上放一支钢笔，它们都保持静止，下列哪个说法正确？为什么？ A. 钢笔受到的重力和书对钢笔的支持力是一对平衡力 B. 钢笔对书的压力和书对钢笔的支持力是一对平衡力 【解析】A 选项 钢笔受到的重力，受力物体是钢笔；书对钢笔的支持力，受力物体也是钢笔。 两个力作用在同一个物体（钢笔）上，大小相等、方向相反、在同一直线上，满足平衡力全部条件，是一对平衡力。 B 选项 钢笔对书的压力：受力物体是书； 书对钢笔的支持力：受力物体是钢笔。 两个力作用在两个不同物体上，属于一对相互作用力，不是平衡力。 课堂练习 探究新知 3. 如图所示，在下列物体的受力示意图中，F 与 F′ 大小相等，则哪个物体处于平衡状态？请说明理由。 【解析】 A：两个力不在同一条直线上，不满足 “共线”，不是平衡力，物体不处于平衡状态。 B：两个力方向不是相反，不满足 “反向”，不是平衡力，物体不处于平衡状态。 C：两个力作用在同一个物体上、大小相等、方向相反、作用在同一直线上，满足二力平衡全部条件，物体处于平衡状态。 课堂练习 探究新知 4. 图是探究“二力平衡的条件”实验示意图。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。若忽略摩擦，下列说法中错误的是（ ）。 A. 小车在水平方向上就只受到 F1、F2作用 B. 增减钩码个数，可探究二力大小对小车平衡的影响 C. F1、F2大小相等时，小车可处于平衡状态 D. 将小车水平扭转 90° 时，F1、F2仍在同一直线上 【解析】A ：题目明确忽略摩擦，水平方向小车只受向左的F1、向右的F2两个拉力。 B：增减钩码个数，可以改变拉力大小，用来探究二力大小是否相等对平衡的影响。 C：F1、F2大小相等、方向相反、同体、共线，满足二力平衡条件，小车可以保持平衡。 D：把小车水平扭转 90° 之后，两个拉力不在同一条直线上，这一步就是用来验证 “二力必须共线才能平衡” 的。 课堂练习 探究新知 5. 冬天里，某些地方的人们常用狗拉雪橇来代步。一条狗用 200 N 的水平拉力拉着重 2 000 N 的雪橇在水平雪面上匀速向东前进，雪橇受到地面的滑动摩擦力的大小是________N、方向是__________。此时，雪橇受到的重力和___________________是一对平衡力，其中，后者的大小为________N、方向是________。 200 水平向西 地面对雪橇的支持力 2000 竖直向上 【解析】雪橇匀速向东前进，处于平衡状态，受力平衡。 1. 水平方向：拉力和滑动摩擦力是一对平衡力 拉力大小200N，方向水平向东；所以滑动摩擦力大小等于拉力，为200，方向与拉力相反：水平向西。 2. 竖直方向：雪橇的重力和地面对雪橇的支持力是一对平衡力 重力大小2000N，方向竖直向下； 所以支持力大小等于重力，为2000N，方向：竖直向上。 课堂练习 探究新知 6. 窗玻璃上趴着一只壁虎，画出壁虎受到的重力和摩擦力的示意图。 【解析】壁虎静止在玻璃上，处于平衡状态；竖直方向上重力和摩擦力是一对平衡力，大小相等、方向相反。 1．作用点O：都画在壁虎的重心（壁虎身体中心位置） 2．重力G：方向竖直向下，箭头向下，标注G 3．静摩擦力f：方向竖直向上，箭头向上，标注f O G f 课堂练习 探究新知 7.* 如图 7-29 所示，同一木块在同一粗糙水平 面上，先后以不同的速度被匀速拉动。图（a）中速 度为 v1，图（b）中速度为 v2，图（c）中木块上叠放一重物，共同速度为 v3，且 v1<v2<v3，匀速拉动该木块所需的水平拉力分别为 F1、F2 和 F3。请比较 F1、F2 和 F3的大小并说明理由。 F1=F2<F3 【解析】滑动摩擦力大小只和接触面粗糙程度、压力大小有关，和运动速度无关。 1. 图 (a)、(b)：是同一个木块、同一粗糙水平面，压力相同、接触面粗糙程度相同，所以滑动摩擦力大小相等； 木块匀速拉动，拉力与摩擦力是一对平衡力，F1=f1，F2=f2，因此 F1=F2。 虽然 v1<v2，但速度不影响滑动摩擦力大小。 2. 图 (c)：木块上叠放重物，对水平面的压力变大，接触面粗糙程度不变，滑动摩擦力变大； 匀速拉动，拉力F3=f3，所以 F3 更大。 综上：F1=F2<F3 课后作业 探究新知 一 同步作业 完成教材本章课后作业第 1～7 题，并完成配套同步分层练习，巩固二力平衡条件的判断与受力分析。 二 自主安排 · 拓展探究 阅读科学书屋《杂技艺术中的平衡》，观察走钢丝、排椅平衡中的二力平衡，并课后探究古建筑的平衡结构。 谢谢聆听 谢谢聆听 今天我们读懂了二力平衡的要义：同体共生、等大相持、反向相承、共线相依。其实人生亦如是，进取与沉淀、压力与支撑、前行与坚守，皆是无形的 “平衡力”。愿你在求知与成长的路上握好平衡的尺度，于动静之间寻得内心稳态，以从容之姿行稳致远。 Lavf58.20.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 Lavf58.12.100 $