8.2 二力平衡（導學案） 八年級物理 （人教版）【教師版】

8.2二力平衡（導學案）【學習目標】1.依據(jù)生活經(jīng)驗認識平衡力和平衡狀態(tài)的概念，會判斷物體受到的力是否為平衡力。2.經(jīng)歷探究二力平衡條件的實驗過程，歸納、總結出結論。3.會利用二力平衡的知識分析解決實際問題?！緦W習重點】二力平衡的條件?！緦W習難點】二力平衡條件的應用?！咀灾黝A習】閱讀教材，完成以下問題：1．物體受到幾個力作用時，如果保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這幾個力平衡或物體處于平衡狀態(tài)，二力平衡最是簡單的平衡狀態(tài)。2．二力的平衡條件：作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反，并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。3.分析下列物體的受力情況：（1）放在桌子上靜止的花瓶，受到豎直向下的重力和桌面對它豎直向上的支持力，二力平衡；（2）在水平道路上做勻速直線運動的汽車，水平方向受到方向相反的牽引力和阻力，二力平衡；在豎直方向上，汽車受到豎直向下的重力和路面對它豎直向上的支持力，二力平衡。4.懸掛著的吊燈重力為2N，則吊線對它的拉力大小為2N，方向是豎直向上的。5.水平路面上有一輛向左運動的汽車，在水平方向上受到汽車發(fā)動機的牽引力和阻力。（1）若牽引力等于阻力，則二力平衡（選填“平衡”或“不平衡”），車向左做勻速直線運動；（2）若牽引力大于阻力，二力不平衡（選填“平衡”或“不平衡”），車向左做加速直線運動；（3）若牽引力小于阻力，二力不平衡（選填“平衡”或“不平衡”），車向左做減速直線運動?！竞献魈骄俊刻骄恳弧⒍ζ胶獾臈l件【想一想】牛頓第一定律告訴我們，一切物體在不受外力作用時，總保持勻速直線運動狀態(tài)或靜止狀態(tài)。能不能反過來說，凡是保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)的物體都沒有受到外力呢？1.物體的受力分析【進行分析】下面這些物體處于什么狀態(tài)？分析這些物體分別受到哪些力的作用？（1）靜止在桌面上的杯子杯子受到的力有：重力G與桌面的支持力F。（2）懸掛的電燈電燈受到的力有：重力G與繩子的拉力F。（3）勻速下落的跳傘運動員運動員受到的力有：重力G與空氣的阻力F。（4）水平勻速前進的小汽車在豎直方向上受到的力有：汽車的重力G、地面的支持力N；在水平方向上受到的力有：牽引力F、空氣與地面的阻力f。【歸納】牛頓第一定律是在理想狀況下成立的，而在現(xiàn)實中，當一個物體受幾個力作用時，也能保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，即運動狀態(tài)不變。2.平衡狀態(tài)與平衡力平衡（2）平衡力：使物體處于平衡狀態(tài)的兩個力（或多個力）叫做平衡力。（3）二力平衡：當物體受到兩個力的作用時，如果物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這兩個力相互平衡，簡稱二力平衡。3.實驗探究：二力平衡的條件【想一想】二力平衡時，二力的大小、方向、作用點應該有什么關系?它們在一條直線上嗎?下面通過實驗探究二力平衡的條件?！緦嶒炘O計】如圖，將小車放在光滑的水平桌面上，使小車在水平方向上受兩個力的作用。采用控制變量法進行探究，分別改變這兩個力的大小（通過改變砝碼的質(zhì)量）、方向、是否共線（通過扭轉(zhuǎn)小車實現(xiàn)）和是否同體（通過分別拉2輛小車實現(xiàn)），由靜止釋放小車，觀察小車在什么條件下會保持靜止狀態(tài)?！緦嶒炂鞑摹磕景?、小車、砝碼、細線、定滑輪、彈簧測力計、等質(zhì)量小盤2個?！具M行實驗并收集數(shù)據(jù)】（1）如實驗裝置圖甲所示，將小車放在光滑的水平桌面上，安裝好實驗裝置。在兩邊的托盤里分別放上質(zhì)量不相等的砝碼，觀察小車的運動情況。（2）在兩邊的托盤里放上質(zhì)量相等的砝碼，觀察小車的運動情況。（3）將連接小車右側托盤的細線掛于小車左側掛鉤處，使二力的方向同時向左，觀察小車的運動情況（乙圖）。（4）保持兩邊托盤里的砝碼質(zhì)量相等，把小車在水平桌面上扭轉(zhuǎn)一個角度后釋放，觀察小車的運動情況（丙圖）。（5）控制二力的大小不變，方向相反，保持二力在同一直線上，用細線把兩個小車的掛鉤連在一起，用剪刀把細線剪斷，觀察小車的運動情況（丁圖）。【實驗記錄】序號力的大小力的方向是否在同一直線上是否作用在同一物體上小車是否平衡1不相等相反是是否2相等相反是是是3相等相同是是否4相等相反不是是否5相等相反是不是否【分析與論證】（1）比較表中實驗序號1與2可知，要使小車保持靜止，必須使兩托盤中砝碼的質(zhì)量相等，說明二力平衡的條件之一是兩個力的大小相等。（2）比較表中實驗序號2與3可知，當二力方向相反時，小車靜止；當二力均向左拉，即方向相同時，小車的運動狀態(tài)改變，說明二力平衡的條件之一是兩個力方向相反。（3）比較表中實驗序號2與4可知，當把小車扭轉(zhuǎn)一個角度，使二力不在同一條直線上時，小車運動狀態(tài)發(fā)生了改變。而小車重新恢復到原來的靜止狀態(tài)時，二力在同一條直線上，說明二力平衡的條件之一是兩個力作用在同一條直線上。（4）比較表中實驗序號2與5可知，當二力作用在同一物體上時，小車靜止；當二力作用在不同物體上時，小車的運動狀態(tài)改變，說明二力平衡的條件之一是兩個力作用在同一物體上。【實驗結論】二力平衡的條件作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反，并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。記憶口訣：“同體、等大、反向、共線”?！窘涣髋c評估】（2）本實驗設計的優(yōu)點是：可以不考慮物體的重力對實驗的影響。（3）實驗中，桌面必須水平，否則小車的重力會影響實驗。（4）實驗中，如果兩側的砝碼個數(shù)不相等但小車仍然處于靜止狀態(tài)，則原因是小車受到桌面的靜摩擦力比較大.（5）方案二：用小卡片探究二力平衡的條件①該方案以小卡片為研究對象，鉤碼通過定滑輪對卡片施加力的作用。②當兩線端所掛鉤碼質(zhì)量相等時，小卡片靜止；當兩線端所掛鉤碼質(zhì)量不等時，小卡片運動；把小卡片轉(zhuǎn)過一個角度，再松手時，小卡片轉(zhuǎn)動；用剪刀把小卡片從中間剪開，再松手時，小卡片運動。③本方案選用硬紙片的原因是減小摩擦對實驗的影響，但是還受重力，因此對實驗結論也有影響。【例題1】不計空氣阻力，下列物體處于平衡狀態(tài)的是（D）A.在空中自由下落的石塊B.在圓形跑道上勻速跑步的運動員C.豎直向上拋出的籃球D.沿筆直斜坡勻速上行的汽車【解析】ABC.在空中自由下落的石塊，下落速度越來越快，運動狀態(tài)改變；在圓形跑道上勻速跑步的運動員，運動方向改變，運動狀態(tài)改變；豎直向上拋出的籃球，上升速度改變，運動狀態(tài)都發(fā)生了改變，故不符合題意。D.沿筆直斜坡勻速上行的汽車，運動狀態(tài)不變。符合題意。所以選D.【例題2】如圖甲所示是小明同學設計組裝的“探究二力平衡的條件”實驗裝置。（1）實驗中，小明將系于小車兩端的線分別跨過桌面左右兩端的滑輪，在線兩端的小盤上放上砝碼，通過調(diào)整來改變F1和F2的大?。唬?）實驗中，保持F1和F2大小相等，用手將小車扭轉(zhuǎn)一個角度，松手后，小車將______（選填“轉(zhuǎn)動”或“保持靜止”），設計這一步驟是為了探究兩個力是否__________；（3）小華同學設計組裝了如圖乙所示的實驗裝置，比較甲、乙兩種實驗裝置，_____的實驗裝置更合理，原因是該設計減小了_____對實驗的影響?！敬鸢浮浚?）砝碼個數(shù)；（2）轉(zhuǎn)動，在同一直線上；（3）甲，摩擦力?！窘馕觥浚?）實驗中，小明將系于小車兩端的線分別跨過桌面左右兩端的滑輪，在兩端的小盤上放上砝碼，通過調(diào)整砝碼個數(shù)來改變F1和F2的大??；（2）實驗中，保持F1和F2大小相等，用手將小車扭轉(zhuǎn)一個角度，松手后，小車將轉(zhuǎn)動，設計這一步驟是為了探究兩個力是否在同一直線上；（3）甲實驗中小車受到的是滾動摩擦力，乙實驗中小車受到的是滑動摩擦力，而滾動摩擦力小于滑動摩擦力，甲實驗裝置更加的合理，可以減小摩擦力對實驗的影響。探究二、二力平衡的條件的應用力的平衡在日常生活中有許多實際應用，主要包括以下兩方面：一是會根據(jù)平衡狀態(tài)找出平衡力，利用二力平衡條件求其中一個力的大小方向。二是已知兩個力的大小、方向及作用點，根據(jù)二力平衡的條件來判斷物體的運動狀態(tài)（平衡狀態(tài)或非平衡狀態(tài)）。1.求力的大小和判斷力的方向物體在兩個力的作用下處于平衡狀態(tài)，已知一個力的大小和方向，我們可以根據(jù)二力平衡條件求另一個力的大小和方向。【進行分析】（1）分析靜止在水平面上的物體的受力情況因物體靜止，所以物體所受的重力G與地面對它的支持力F是一對平衡力，則此二力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，所以支持力的大小等于重力的大小F=G，支持力的方向豎直向上。（2）用彈簧測力計測量物體所受重力的原理因為物體靜止，所以物體所受的重力G與彈簧測力計對它的拉力F是一對平衡力，則此二力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，所以物體重力的大小等于拉力的大小G=F。2.判斷物體的運動狀態(tài)（平衡狀態(tài)或非平衡狀態(tài)）【分析】以在水平路面上向左運動的小車為例進行分析，水平路面上運動的小車受到的力有：（1）在豎直方向上受到的力有：重力G、地面支持力N，是一對平衡力。（2）在水平方向上有汽車發(fā)動機的牽引力F和地面與空氣的阻力f。①若牽引力等于阻力F=f，則二力平衡，小車向左做勻速直線運動；②若牽引力大于阻力F＞f，二力不平衡，小車向左做加速直線運動；③若牽引力小于阻力F＜f，二力不平衡，小車向左做減速直線運動。（以上均選填“勻速”、“加速”或“減速”）3.找重心：利用二力平衡，可以找不規(guī)則物體的重心，例如前邊講的懸掛法找薄板的重心。4.運動和力的關系物體受到平衡力的作用，運動狀態(tài)不發(fā)生改變，即保持靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。物體受到非平衡力的作用，運動狀態(tài)發(fā)生改變，即運動的速度或方向發(fā)生改變（均選填“發(fā)生”或“不發(fā)生”）。5.區(qū)別“平衡力”和“相互的力”【分析】一本書靜止在水平桌面上時，分析書、桌面的受力情況。如圖甲所示，水平桌面上的一本書所受重力G和桌面對書的支持力F是一對平衡力。如圖乙所示，書對桌面的壓力F'和桌面對書的支持力F是一對相互作用力。一對平衡力一對相互作用力相同點大小相等大小相等方向相反方向相反作用在同一直線上作用在同一直線上不同點作用在同一物體上分別作用在兩個物體上【例題3】有一盞懸掛著的電燈，質(zhì)量為0.5kg，求電燈受到的各個力的大小及方向。【解析】①電燈受到的力有：重力G、拉力F，因電燈靜止，所以這兩個力是一對平衡力，大小相等、方向相反。②重力大小：G=mg=0.5kg×9.8N/kg=4.9N，方向豎直向下。③拉力大?。篎=G=4.9N，方向豎直向上。【例題4】如圖所示，用線將燈懸掛在天花板上，當燈靜止時，燈所受拉力的平衡力是（

B

）

A．線所受的重力 B．燈所受的重力C．燈對線的拉力 D．線對天化板的拉力【詳解】A．燈所受拉力與線所受的重力沒有滿足二力平衡關于作用在同一個物體上的條件，故A不符合題意；B．當燈靜止時，燈受到豎直向上的拉力和豎直向下的重力的作用，拉力和重力滿足二力平衡的四個條件，是一對平衡力，故B符合題意；C．燈所受拉力與燈對線的拉力是一對相互作用力，故C不符合題意；D．燈所受拉力與線對天化板的拉力沒有滿足二力平衡關于作用在同一個物體上的條件，故D不符合題意。故選B?！揪v點撥】1.判斷二力平衡的方法（1）由受力情況判斷：如果兩個力滿足“同體、等大、反向、共線”，則二力平衡；反之則不平衡。（2）由運動情況判斷：如果物體靜止或勻速直線運動，即物體處于平衡狀態(tài)，則物體所受二力平衡；如果物體的運動狀態(tài)發(fā)生改變，則物體受非平衡力。2．區(qū)分平衡力和相互作用力的關鍵是看兩個力是否作用在同一物體上。3.二力平衡條件的記憶口訣：“同體、等大、反向、共線”。4.二力平衡的條件的應用（1）一是根據(jù)平衡狀態(tài)找出平衡力，利用二力平衡條件求其中一個力的大小方向。二是已知兩個力的大小、方向及作用點，根據(jù)二力平衡的條件來判斷物體的運動狀態(tài)（平衡狀態(tài)或非平衡狀態(tài)）。（2）運用二力平衡條件解題時，要畫出物體受力示意圖。畫圖時注意：①先畫重力然后看物體與那些物體接觸，就可能受到這些物體的作用力；②畫圖時還要考慮物體的運動狀態(tài)?！練w納整理】【課堂練習】1．下列描述的現(xiàn)象中，不屬于運動狀態(tài)改變的是（）A．小華坐在滑輪車上從坡上快速的滑下來B．人造同步通訊衛(wèi)星繞地球勻速轉(zhuǎn)動C．物體從光滑的斜面上滑下來D．神舟五號飛船在返回地面的最后時刻，彈射出緩沖降落傘，使飛船勻速直線下降到指定地點【答案】D【詳解】A．小華坐在滑輪車上從坡上快速的滑下來，速度的大小改變，故運動狀態(tài)改變，故A不符合題意；B．人造同步通訊衛(wèi)星繞地球勻速轉(zhuǎn)動，其速度大小不變，但方向改變，運動狀態(tài)改變，故B不符合題意；C．物體從光滑的斜面上滑下來做加速運動，速度大小改變，運動狀態(tài)改變，故C不符合題意；D．神舟五號飛船在返回地面的最后時刻，彈射出緩沖降落傘，使飛船勻速直線下降到指定地點，運動速度大小和方向都不變，運動狀態(tài)不變，故D符合題意。故選D。2.下列物體中，正在受到平衡力作用的是（）A．豎直向上拋出的橡皮 B．隨觀光電梯一起勻速上升的游客C．沿光滑斜坡滾下的小球 D．正在勻速轉(zhuǎn)向行駛的汽車【答案】B【詳解】A．豎直向上拋出的橡皮，受到豎直向下空氣阻力和重力，兩個力方向相同，不是平衡力，故A不符合題意；B．隨觀光電梯一起勻速上升的游客做勻速直線運動，屬于平衡狀態(tài)，受平衡力的作用，故B符合題意；C．沿光滑斜坡滾下的小球，速度越來越大，不是平衡狀態(tài)，故C不符合題意；D．正在勻速轉(zhuǎn)向行駛的汽車，運動方向發(fā)生改變，不屬于平衡狀態(tài)，不受平衡力的作用，故D不符合題意。故選B。3．在下列物體受力示意圖中，哪個物體受到的兩個力是彼此平衡的（）A

B

C

D

【答案】A【詳解】A．圖中兩個力大小相等、方向相反、作用在一條直線上、作用在一個物體上，所以是一對平衡力，故A符合題意；B．圖中一個力的大小為3N，一個為5N，兩個力大小不相等，所以不是一對平衡力，故B不符合題意；C．圖中兩個力不是作用在一條直線上，所以不是一對平衡力，故C不符合題意；D．圖中一個力的大小為7N，一個為8N，兩個力大小不相等，所以不是一對平衡力，故D不符合題意。故選A。4．第24屆冬季奧運會于2022年2月4日在北京舉行，冰壺為正式比賽項目之一。如圖所示，當冰壺在冰面上滑動時（）A．冰壺受到的重力與冰壺對冰面的壓力是一對平衡力B．冰面對冰壺的支持力與冰壺對冰面的壓力是一對平衡力C．冰壺受到的重力與冰壺對冰面的壓力是一對相互作用力D．冰壺受到的重力與冰面對冰壺的支持力是一對平衡力【答案】D【詳解】A．冰壺受到的重力與冰壺對冰面的壓力作用在兩個物體上，故不是一對平衡力，故A不符合題意；B．冰面對冰壺的支持力與冰壺對冰面的壓力作用在兩個物體上，故不是一對平衡力，故B不符合題意；C．冰壺受到的重力與冰壺對冰面的壓力方向相同，故不是一對相互作用力，故C不符合題意；D．冰壺受到的重力與冰面對冰壺的支持力作用在同一物體上、方向相反、大小相等、作用在同一直線上，是一對平衡力，故D符合題意。故選D。5．一架遙控無人機懸停在空中，旋翼快速轉(zhuǎn)動給氣體施加向下的力，從而獲得向上的升力，說明物體間力的作用是，當無人機勻速直線升空（不考慮空氣阻力）時，無人機受到的升力懸停時受到的升力；若此時由于故障，旋翼停止轉(zhuǎn)動，無人機將?！敬鸢浮肯嗷サ?，等于，減速上升后加速下降?！驹斀狻苛κ俏矬w對物體的作用，一架遙控無人機懸停在空中，旋翼快速轉(zhuǎn)動給氣體施加向下的力，從而獲得向上的升力，說明物體間力的作用是相互的。當無人機勻速直線升空（不考慮空氣阻力）時，受力平衡，無人機受到的升力等于重力，而懸停時也是受力平衡，升力等于重力，故無人機受到的升力等于懸停時受到的升力。若此時由于故障，旋翼停止轉(zhuǎn)動，無人機由于慣性保持原來的運動狀態(tài)繼續(xù)上升，但由于重力作用而減速，速度減小為0后，加速下降，故先減速上升后加速下降。6．如圖，小強用形狀不規(guī)則的薄板、重垂線、大頭針、直尺和記號筆等器材找尋重心位置。觀察圖甲、乙中的實驗過程及現(xiàn)象，他判斷薄板的重心在l1、l2的交點處。該實驗的原理是：。若薄板質(zhì)量為200g，則拉力的大小為N（取g=10N/kg）?！敬鸢浮慷ζ胶?，2?！驹斀狻坑蓤D知，小強同學是為了利用“懸掛法”來確定形狀不規(guī)則薄板的重心位置；當薄板靜止時，由二力平衡條件可知重力和拉力的作用線在同一直線上，重心既在l1上，又在l2上，故薄板的重心在l1、l2的交點處。由二力平衡條件可知，拉力的大小等于重力的大?。篎=G=mg=0.2kg×10N/kg=7．如圖所示，繩子拉著小球，使小球在水平面做勻速圓周運動。不考慮空氣阻力，g=10N/kg。（1）畫出小球所受重力和小球?qū)K子拉力的示意圖；（2）若小球質(zhì)量為100g，則小球所受重力為N；（3）小球受力（選填“平衡”或“不平衡”），你的依據(jù)是。

【答案】（1）見右圖；（2）1；（3）不平衡，見解析?！驹斀狻浚?）重力的作用點在重心，方向豎直向下；小球?qū)K子的拉力作用點在繩子上，方向沿繩向下；如圖所示。（2）小球重力為G=mg（3）通過對小球進行受力分析