物理八年级下册8.2 二力平衡优质ppt课件

人教版八年级（下册） 第八章 运动和力

第2节 二力平衡（导学案）

【学习目标】 

        1. 依据生活经验认识平衡力和平衡状态的概念，会判断物体受到的力是否为平衡力。

2. 经历探究二力平衡条件的实验过程，归纳、总结出结论。

3. 会利用二力平衡的知识分析解决实际问题。

【学习重点】

         二力平衡的条件。

【学习难点】

二力平衡条件的应用。

【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.

2．二力平衡条件：作用在一个_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,这两个力就彼此平衡。

3. 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。

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，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，则吊线对它拉力为2 N，方向是竖直向上的。

5. 水平路面上有一辆运动的小车，在水平方向上有汽车发动机的牵引力和阻力（地面与空气）。  

①若牵引力等于阻力，则二力平衡（选填“平衡”或“不平衡”），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（选填“平衡”或“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（选填“平衡”或“不平衡”），小车向左做减速直线运动。

【合作探究】

探究一、平衡力与平衡状态

1. 分析下列物体分别受到哪些力的作用？

①静止在桌面上的杯子受到的力有：重力G与桌面的支持力F。

②悬挂的电灯受到的力有：重力G与绳子的拉力F。

③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。

④水平匀速前进的小汽车

在竖直方向上：汽车的重力G、地面的支持力N；在水平方向上：牵引力F、空气与地面的阻力f。

牛顿第一定律是在理想状况下成立的，而在现实中，当一个物体受几个力作用时，也能保持静止或匀速直线运动状态.

1.平衡力与平衡状态

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，我们就说这几个力相互平衡，这几个力就叫做平衡力。这个物体所处的状态就叫做平衡状态。

平衡状态的两种情况：静止状态；匀速直线运动状态。

2.二力平衡

物体只受两个力时的平衡状态叫二力平衡。如一个物体放在水平桌面上处于静止状态，重力G和支持力F就是一对平衡力，二力平衡是最简单的平衡状态。   

【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

【答案】D.

【解析】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，运动状态不变。所以选D.

探究二、二力平衡的条件

【想一想】物体受两个力时可以处于平衡状态，例如人站在地面上受重力和支持力的作用处于平衡状态时，这二力之间有怎样的关系呢？

【猜想假设】

①两个力的大小可能要相等?②两个力的方向可能要相反?③两个力可能要在同一直线上?④两个力可能要作用在同一物体上?

  下面通过实验探究二力平衡的条件。

【实验设计】

 1.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。

2. 实验装置如图甲所示。

3. 明确研究对象——小车。对小车进行受力分析，小车水平方向所受的拉力大小与托盘中砝码质量的多少有关。换句话说，拉力的大小可以通过质量的多少来改变。

  4. 实验方法

①通过两边分别加质量不同的砝码和质量相同的砝码，放手后观察两次小车运动状态的变化。

②把两个托盘放在小车的同侧，加入相等的砝码，放手后观察小车运动状态的变化。

③在两托盘中加相等的砝码，使小车静止，用手旋转小车至某一角度，使两个力不作用在同一直线上，放手后观察小车运动状态的变化（乙图）。

④用两个相同的小车分别系住一个托盘，用手按住，保证二力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，放手后观察小车运动状态的变化。

【进行实验与收集数据】

①探究二力平衡与两力的大小关系

 使二力作用在同一小车上、方向相反、沿同一条直线，两边分别加质量不同的砝码和质量相同的砝码，放手后观察两次小车运动状态的变化（甲图）。

②探究二力平衡与两力方向之间的关系

用手按住小车不动，把两个托盘放在小车的同侧，加入质量相等的砝码，放手后观察小车运动状态的变化（丙图）。   

③探究二力平衡与两力是否沿同一直线的关系

在两托盘中加相等的砝码，使小车静止，用手旋转小车至某一角度，使两个力不作用在同一直线上，放手后观察小车运动状态的变化（丁图）。

④探究两力平衡与两力是否作用在同一物体上之间的关系

用两个相同的小车分别系住一个托盘，用手按住，保证二力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，放手后观察小车运动状态的变化。

【分析与论证】

 1. 操作①中，法码质量不同时，小车两边受到的拉力大小不同、方向相反、在一条直线上，小车由静止变为运动；砝码质量相同时，小车不动，其运动状态没有改变。

2. 操作②中，静止的小车虽然受到两个大小相等的力的作用，但是由于方向相同，小车不是保持静止状态，而是由静止变为运动。

3. 操作③中，小车发生转动，运动状态发生改变。

4. 操作④中，放手后两个小车的运动状态都发生了改变，由静止变为运动。

实验结论：二力平衡的条件：

口诀：“同体、等大、反向、共线”.

【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.

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。（均选填“运动”、“静止”或“转动”）

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。

4. 定滑轮的作用是改变力的方向。

【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。

【答案】（1）砝码个数；（2）转动，在同一直线上；（3）甲，摩擦力。

【解析】（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，在两端的小盘上放上砝码，通过调整砝码个数来改变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，小车将转动，设计这一步骤是为了探究两个力是否在同一直线上；

（3）甲实验中小车受到的是滚动摩擦力，乙实验中小车受到的是滑动摩擦力，而滚动摩擦力小于滑动摩擦力，甲实验装置更加的合理，可以减小摩擦力对实验的影响。

探究三、二力平衡的条件的应用

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. 根据物体的平衡状态分析物体的受力情况

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分析静止在水平面上的木块的受力情况（甲图）。

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。物体重力等于拉力  G=F

②用弹簧测力计测量物体所受重力的原理（乙图）：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

【例题3】如图丙所示，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。

【解析】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=4.9N，方向竖直向上。

2.根据物体的受力情况判断运动状态（平衡状态或非平衡状态）

    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：在竖直方向上受到的力有重力G、地面支持力N，是一对平衡力。

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（选填“平衡”或“不平衡”），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（选填“平衡”或“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（选填“平衡”或“不平衡”），小车向左做减速直线运动。

3.平衡力和相互作用力的区别

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。

【例题4】静止放在水平桌面上的台灯，受到的平衡力是（  A ） 　　　　

    A．台灯的重力和桌面对台灯的支持力   

    B．台灯对桌面的压力和桌面对台灯的支持力

    C．台灯对桌面的压力和桌子受到的重力  

    D．台灯的重力和台灯对桌面的压力

【解析】研究对象是台灯。台灯在竖直方向受到的力有：重力、桌面的支持力。因为台灯是静止的，所以这两个力是一对平衡力。

【精讲点拨】

1. 运用二力平衡条件解题时，要画出物体受力示意图。画图时注意：①先画重力然后看物体与那些物体接触，就可能受到这些物体的作用力；②画图时还要考虑物体的运动状态。

2．区分平衡力和相互作用力的关键是看两个力是否作用在同一物体上．

3. 二力平衡条件的记忆口诀：“同体、等大、反向、共线”.

    4. 二力平衡的条件的应用：

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）。

【归纳整理】

【课堂练习】

1．在图中，F1和F2是物体所受的方向相反的两个力，是平衡力的有：____________。

【答案】BCD图中的两个力是平衡的.

【解析】BCD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BCD符合题意。 

2. 小华用绳子提着一条鱼静止不动，此时鱼受到的平衡力是______和____ 这一对力。如果鱼的重力为5牛，则拉力为_____牛，拉力的方向是_________。

【答案】鱼的重力，绳子对鱼的拉力，5，竖直向上。

【解析】鱼受到的力有：重力、绳子的拉力。

因为鱼静止不动，所以这两个力是一对平衡力，则大小相等、方向相反、沿同一直线，且作用在同一物体上。

   3．2022年3月28日在亚洲杯女足决赛中，中国姑娘在落后两球的情况下，顽强拼搏，最终实现了史诗般的逆转，赢得冠军。如图所示是中国队员“头球攻门”的情景，当运动员用头顶球时球的运动方向改变了，说明力能改变物体的 __________（选填“形状”或“运动状态”）。在草坪上滚动的足球，受到的力______平衡力（选填“是”或“不是”）。

【答案】运动状态，受到。

 【解析】用头顶球时球的运动方向改变了，即足球的运动状态发生了改变，说明力能改变物体的运动状态。在草坪上滚动的足球会慢慢停下来，足球的运动状态发生了变化，所以受到的力不是平衡力。

4.  图示为小张测量体重时的情景，静止时体重计对他的支持力为F1，他对体重计的压力为F2，他受到的重力为G，则（　　）。

A. F2与G是一对平衡力           B. F1与F2是一对平衡力

C. F1与F2 一对相互作用力           D. F1与G是一对相互作用力

【答案】C.

【解析】A．他对体重计的压力为F2 ，他受到的重力为G，方向都是向下的，故并不是平衡力，故A不符合题意；

BC．静止时体重计对他的支持力为F1，他对体重计的压力为F2 ，是两个物体间的作用力，互为施力物体，互为受力物体，两个力的大小相等，方向相反，故是一对

相互作用力，故B不符合题意；C符合题意；

D．静止时体重计对他的支持力为F1 ，他受到的重力为G，是同一个物体受到的两个力，两个力的大小相等，方向相反，故是一对平衡力，故D不符合题意。故选C。

5.  2022年2月6日，不服输、敢拼搏、懂团结的中国女足第9次捧起亚洲杯冠军奖杯（如图）。在比赛过程中（　　）。

A. 静止在水平草地上的足球只受重力

B. 将足球踢飞说明力可以改变物体的形状

C. 在空中运动到最高点的足球受力不平衡

D. 草地上滚动的足球因不受力而逐渐停下

【答案】C。

【解析】A．静止在水平草地上的足球受到竖直向下的重力和竖直向上的支持力，这两个力是一对平衡力，故A不符合题意；

B．脚对足球用力，足球被踢飞，力改变了足球的运动状态，故B不符合题意；

C．在空中运动到最高点的足球有水平方向的速度，不是处于静止或匀速运动状态，所受的力不是平衡力，故C符合题意；

D．草地上滚动的足球逐渐停下，是因为受到阻力的作用，阻力改变了足球的运动状态，故D不符合题意。故选C。

6. 在2022北京冬奥会短道速滑男子1000米比赛中，中国选手任子威获得金牌。图甲是他正全力通过弯道、图乙是他获胜后站立在水平赛场中央大声欢呼的情形，下列说法正确的是（　　）

A. 通过弯道过程中他处于平衡状态

B. 站立时他受到的重力和他对冰面的压力是一对相互作用力

C. 站立时他受到的重力和他对冰面的压力是一对平衡力

D. 图甲中他的手对冰面的压力与冰面

对他的手的支持力是一对相互作用力

【答案】D.

【解析】A．通过弯道过程中，他的运动状态发生改变，他不处于平衡状态，故A错误；

B．站立时，他受到的重力和他对冰面的压力两个力的方向相同，故不是相互作用力，故B错误；

C．站立时他受到的重力和他对冰面的压力这两个力的方向相同，故不是平衡力，故C错误；

D．图甲中他的手对冰面的压力与冰面对他的手的支持力，这两个力大小相等，方向相反，施力物体和受力物体互为彼此，同时产生，同时消失，故是一对相互作用力，故D正确。

7. 关于运动和力，下列说法正确的是（       ）
        A. 物体处于静止，一定不受外力 
        B. 物体在平衡力作用下，一定保持静止状态
        C. 物体在平衡力作用下，一定作匀速直线运动
        D. 运动的物体在平衡力作用下，一定作匀速直线运动

【答案】D.

【解析】物体在平衡力作用下，会保持静止或匀速直线运动状态。静止的物体在平衡力作用下，一定静止；运动的物体在平衡力作用下，一定作匀速直线运动。只有D选项正确。

8. 关于二力平衡的说法中，正确的是（       ）

  A. 一个物体受到两个力作用，若处于匀速直线运动状态，这两个力一定是平衡力

  B. 做匀速直线运动的物体，一定只受到一对平衡力作用

  C. 只要两个力大小相等、方向相反，并作用在一条直线上，这两个力一定是平衡力

  D. 以上情况都有可能

【答案】A.

【解析】①一个物体受到两个力作用，若处于静止或匀速直线运动状态，这两个力一定是平衡力。

②二力平衡条件是：大小相等、方向相反、同一直线、作用在同一物体上。所以选项A正确。

9．起重机的钢丝绳下吊一个重为2000牛的货物，在下列情况下，钢丝绳的拉力分别是多少?

（1）当货物静止时：__________

（2）货物以1米/秒匀速上升：_________

（3）货物以1.5米/秒匀速下降：__________

【答案】（1）2000；（2）2000；（3）2000.

【解析】货物在竖直方向上受到的力有：重力G、拉力F。货物无论是静止、匀速直线上升或下降，货物都处于平衡状态，这两个力都是一对平衡力，所以大小相等。拉力的大小与物体匀速运动的速度无关。

10．如图甲、乙所示，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进行实验。

①观察图中的实验过程及现象可知，小强同学的实验目的是用悬挂法找　    ；根据图乙，说明他判断的重心是　         。

②该实验所应用的物理知识有：　     　、　    　。（写出两点）

【答案】①不规则薄板的重心；薄板的重心在l1、l2的交点处；②二力平衡的条件；重力的方向始终竖直向下。

【解析】①由图知，是利用“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；

②该实验应用的物理知识有：重力的方向竖直向下；二力平衡条件。

11．某物理学习小组在“探究二力平衡的条件”实验时，自制了一套如图所示的实验装置，将系于小卡片（重力可忽略不计）两对角的细线，分别跨过左右支架上的定滑轮。

（1）本实验观察的对象是______；

（2）在细线的两端挂上钩码，使作用在小卡片上的两个拉力方向______（选填“相同”或者“相反”），并通过调整钩码的数量来改变两端拉力的______ .

（3）当两端所挂钩码数量相同时，把小卡片转至如图所示位置，松手时小卡片将______（选填“转动”或“静止”），说明不在同一直线上的两个力____（选填“能”或“不能”）平衡；

（4）将小纸片从中间用剪刀剪断，发现小纸片运动，说明______在同一物体上的两个力平衡。

【答案】（1）小卡片；（2）相反，大小；（3）转动，不能；（4）作用点。

【解析】（1）实验中通过观察小卡片能否静止，确定其是否处于平衡状态，故研究对象是小卡片。

（2）细线两端挂上钩码，两个钩码由于重力通过绳子对小卡片施加了两个方向相反的拉力，拉力的大小等于钩码的重力，钩码的数量越多，拉力就越大。

（3）小卡片转过一个角度，小卡片两端的拉力就不在一条直线上，纸片就会转动，说明不在同一直线上的两个力不能平衡。

  （4）将小纸片从中间用剪刀剪断，两个力不在同一个物体上，小纸片运动，说明作用点在同一物体上的两个力平衡。                                  

【课后反思】本节课学习中，你有哪些收获，还有哪些问题？