2021学年二力平衡教案

二力平衡

教学目标：1、了解平衡状态的运动特点，会判断哪些运动状态是平衡状态；

    2、经历探究二力平衡的方案改良；

    3、探究卡片二力平衡的条件；

       4、会用二力平衡的条件解决和分析问题。

教学重点：探究二力平衡的条件，会用二力平衡的条件受力分析。

实验器材：木块、小车、长木板（棉布）、弹簧测力计、钩码组、轻质卡片、二力平衡的支架  

教学过程：

1、引入：第八章学习了力的概念、力的三要素，重力弹力摩擦力，这些力作用在物体上，物体会有什么效果呢？今天我们就来学习力与运动。分析几种最简单的运动状态：

从运动状态分析，这四个物体都速度都没有发生改变即这四个物体的运动状态没有改变，我们就把物体保持静止或匀速直线运动，称为平衡状态。

那这些物体受到的力满足什么条件就能让物体处于平衡状态呢？我们从最简单的只受两个力而处于平衡状态入手。

二力平衡：物体在两个力作用下而处于平衡状态，我们就说这两个力相互平衡，简称二力平衡。

2、学生活动：探究二力平衡的条件。

猜想与假设：

设计实验：第一个方案：木块放在水平桌面上，在两头用两个弹簧测力计拉木块，让木块静止或匀速直线运动时比较两个弹簧测力计施加的拉力的大小是否与猜想一致。

存在的问题：木块受到桌面施加的摩擦力，静止时有静摩擦力，匀速直线运动时受滑动摩擦力。

改进方案：减小摩擦力，如何减小？换成小车，变滑动为滚动。

指出问题：在压力相等的情况下，滚动摩擦力小于滑动摩擦力。小车重力比木块大，摩擦力减小，但效果还不是完美。

改进：物体放在水平桌面上，都会受到桌面对物体的摩擦力，如果能悬挂起来（离开桌面）就没有摩擦力了。

指出问题：虽然没有摩擦力了，但重力的作用下，木块与小车会下垂。

改进：用轻质的物体也就是重力可以忽略的物体悬挂起来实验。

支架上有两个滑轮，可以把水平方向的拉力改变成竖直方向，为了方便，力的大小通过钩码的重力来表示，如果钩码个数相等，即两个拉力大小相等。

进行实验：每一步实验都要有实验目的。

做一做：⑴现象：两个力大小相等时，卡片                  ；

两个力大小不相等，卡片                   。

结论：两个力要平衡，大小必须           。

⑵现象：两个力在一条直线上时，卡片            ；

  使卡片旋转一个角度（两个力不在同一直线上），松手后卡片               。

结论：两个力要平衡，方向必须                   。

⑶现象：用剪刀把卡片一剪为二，卡片                 。

结论：两个力要平衡，必须要                     。

得出结论：作用在           物体上的两个力大小          、方向           且作用在          直线上时，两个力平衡。

再次分析表格：火车受两个方向上两对平衡力，仍然属于二力平衡。

3、解决问题：

⑴测钩码的重力的原理就是二力平衡，我们无法直接测出重力，只是测出了与重力平衡的拉力而已。

⑵先称一只钩码的重力，再让钩码竖直向上、竖直向下、斜向右上、斜向左下、水平向左、水平向右等方向匀速直线运动

分析数据，初步得出结论：物体处于                      时，拉力与重力二力平衡。

判断题：1、物体受竖直方向一对平衡力，物体不可能在水平方向运动。   （  ）

  2、物体在只受竖直向上的拉力和重力作用时，物体向上运动时，拉力大于重力。（  ）

（3）测滑动摩擦力的信息快递“将物体置于水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向拉动，使其做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数等于物体所受滑动摩擦力的大小。”

细细分析此话的用意：为什么一定要置于水平桌面上？（重力与支持力二力平衡掉后，就剩下拉力和滑动摩擦力二力平衡了）

弹簧测力计为什么必须沿着水平方向拉动？如果斜着拉动，也做匀速直线运动，可以吗？

（滑动摩擦力的方向是沿着接触面的，所以一定是水平方向，二力平衡的条件是方向相反，所以弹簧测力计一定要水平拉动木块。）

（斜着拉，匀速直线运动时，物体虽然也是受力平衡，但拉力与摩擦力不在同一直线上，方向不相反，是不平衡的。

物体为什么做匀速直线运动时弹簧测力计示数才等于滑动摩擦力的大小呢？如果不是匀速直线，滑动摩擦力的大小是否跟着拉力而改变？

匀速直线运动时，拉力与滑动摩擦力二力平衡，大小相等，如果不是匀速直线，拉力与滑动摩擦力就不是二力平衡了，如加速时，拉力大于滑动摩擦力，减速时，拉力小于滑动摩擦力。

（4）、静摩擦力

观看视频，思考①拉力在   0  N-   1.3    N的范围内，木块都是静止的。

    ②静止的木块在不为零的拉力作用下的受力示意图。

总结：

定义：当一个物体在另一个物体表面有相对运动趋势时，会受到阻碍它相对运动趋势的力，这个力叫静摩擦力。

静摩擦力的方向：总是沿着接触面，与物体相对运动趋势的方向相反。

相对运动趋势的确定：假设没有静摩擦力时，就会发生相对运动，这时相对运动的方向就是静摩擦力存在时的相对运动趋势。

静摩擦力的大小：0——最大静摩擦力。

例如：木块在向右的拉力作用下，如果没有静摩擦力，木块就会向右运动，但因为有静摩擦力，没有实际向右运动，那么有静摩擦力时，木块就有相对于木板向右的运动趋势。所以静摩擦力的方向是水平向左。

再次测量滑动摩擦力时，③木块运动后，弹簧测力计示数不稳定，为什么？

因为木块与毛巾的粗糙程度不稳定，我们换一条粗糙程度均匀的棉布再次实验。

提问：如果木块在0.9N的拉力作用下，可能处于哪些运动状态？

答：在拉动前是静止，拉动后，匀速直线运动。

提问：测滑动摩擦力时，如果木块与木板接触面粗糙程度均匀，弹簧测力计的示数的变化过程有几段？

答：先逐渐增大，再减小，后不变。（从拉力的大小从0逐渐增大到最大静摩擦力的大小，再减小到滑动摩擦力的大小，后稳定在滑动摩擦力的大小。）

④大家再次测滑动摩擦力的大小时，操作的困难之处是什么？

很难保证木块做匀速直线运动，且弹簧测力计读数较困难，不够准确。

⑤如何改进这个实验，克服以上困难。画出实验方案图。

操作实验，说出这种方案的好处。

什么时候读数才是正确的？

弹簧测力计示数在稳定前经历了几个变化过程？

（先变大，再减小，后稳定在一个固定值。）

（5）、如何提高问题的稳定度。阅读书64页的“生活物理社会”

走钢丝的人始终要使自己身体的重力作用线通过支承面，这支承面就是钢丝。钢丝很细，与人体的接触面实在太小了，在钢丝上行走时，随着人的姿势变化，人的重心要发生变化，重力作用线随时都有可能偏离脚与钢丝的接触面，使人失去平衡而从钢丝上跌下。走钢丝拿平衡杆的作用是如果手握平衡杆，情况就会发生很大改观，因为训练有素的人就有足够的时间调整手中的平衡杆，来调整自己的重心位置，使通过人体重心的重力作用线不至于越出脚与钢丝的接触面。

从力学角度分析，任何物体要保持平衡，它的重力作用线（通过重心的竖直线）必须要通过支承面（物体与支承着它的物体的接触面）。如果重力作用线不通过支承面，这个物体就会倒下来。

例题：内有少量饮料的罐子可以斜放在水平桌面上保持平衡，下列四个图中，能正确表示饮料罐(含饮料)所受重力的示意图是                                                                                                                                                                                                                  （                            ）

演示，如何用牙签把土豆固定在杯子边缘。

9.1二力平衡

班级            姓名            

学习过程：

1.分析课本上四个物体的运动情况和受力情况。

从运动状态的角度描述的平衡状态是指：                                             。

2、做一做：⑴现象：两个力大小相等时，卡片                  ；

两个力大小不相等，卡片                   。

结论：两个力要平衡，大小必须           。

⑵现象：两个力在一条直线上时，卡片            ；

  使卡片旋转一个角度（两个力不在同一直线上），松手后卡片               。

结论：两个力要平衡，方向必须                   。

⑶现象：用剪刀把卡片一剪为二，卡片                 。

结论：两个力要平衡，必须要                     。

得出结论：作用在        物体上的两个力大小      、方向        且作用在       直线上时，两个力平衡。

3、先称一只钩码的重力，再让钩码竖直向上、竖直向下、斜向右上、斜向左下、水平向左、水平向右匀速直线运动

分析数据，得出结论：物体处于                      时，拉力与重力二力平衡，拉力的大小均等于钩码的重力。

判断题：⑴物体受竖直方向一对平衡力时，物体不可能在水平方向上运动。  （  ）

⑵物体在只受竖直向上的拉力和重力作用时，物体向上匀速直线运动时，拉力大于重力。（    ）

4、测滑动摩擦力的信息快递“将物体置于水平桌面上，用弹簧测力计沿水平方向拉动，使其做匀速直线运动，此时弹簧测力计的示数等于物体所受滑动摩擦力的大小。”

①为什么一定要将物体置于水平桌面上？（在图一中画受力示意图）

②弹簧测力计为什么必须沿着水平方向拉动？如果斜着拉动如图二所示，也做匀速直线运动，可以吗？（在图二中画出斜着拉动的受力示意图）

③物体为什么做匀速直线运动时弹簧测力计示数才等于滑动摩擦力的大小呢？如果不是匀速直线，滑动摩擦力的大小是否跟着拉力而改变？

5、观看视频，思考①拉力在     N-       N的范围内，木块都是静止的。

 ②在图三中画出静止的木块在不为零（如F=1.0N）的拉力作用下的受力示意图。

分析：

i、静摩擦力的定义：                                                                。

相对运动趋势的判断：                                                                。

ii、静摩擦力的方向：                                                               。

iii、静摩擦力的大小：                       

思考：刚才视频中，如果拉力大小等于0.9N时，木块的运动状态可能是                    。

6、再次测量滑动摩擦力：

①木块运动后，弹簧测力计示数不稳定，为什么？

②大家再次测滑动摩擦力的大小时，操作的困难之处是什么？

③如何改进这个实验，克服以上困难。

④操作后，尝试说出改进方案的好处。

⑤仔细观察，弹簧测力计读数稳定前经历了几段变化过程。

6、如何提高物体的稳定度。阅读书64页的“生活物理社会”。

分析原理：

例题：内有少量饮料的罐子可以斜放在水平桌面上保持平衡，下列四个图中，能正确表示饮料罐(含饮料)所受重力的示意图是                                                                                                                                                                        （                            ）

思考：如何用牙签把土豆固定在杯子边缘？

器材：牙签、土豆、两把叉子、纸杯

课后思考：书60页的“信息库”中寻找薄板的重心的方法运用了什么原理。