初中物理人教版（2024）八年级下册（2024）第2节 二力平衡完美版教学ppt课件

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运动员跳伞时，他和伞在空中受到重力和阻力的作用。在这两个力的作用下，运动员和伞在某个阶段会沿竖直方向匀速下落。这种情况下，运动员和伞所受的重力和阻力应该有怎样的关系呢?
第2节 二力平衡
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。
1. 二力平衡的条件2. 二力平衡条件的应用3. 课堂总结4. 练习与应用5. 提升训练
杯子受到的力有：重力G与桌面支持力F。
电灯受到的力有：重力G与拉力F。
（1）静止在桌面上的杯子
（3）匀速下落的跳伞运动员
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水平面上做匀速直线运动的小汽车
在水平方向上：牵引力F、空气与地面的阻力f
在竖直方向上：汽车的重力G、地面的支持力N
2. 平衡状态与平衡力
（1）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，就说这几个力平衡，物体处于平衡状态。（2）平衡力使物体处于平衡状态的两个力（或多个力）叫做平衡力。当物体受到两个力的作用时，如果物体保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这两个力相互平衡，简称二力平衡。
3. 实验探究：二力平衡的条件
【提出问题】二力平衡时，二力的大小、方向、作用点应该有什么关系? 它们在一条直线上吗?下面通过实验探究二力平衡的条件。【实验思路】要想找到物体在两个力作用下处于平衡状态时两个力之间的关系，应该先想办法在物体上施加两个力使物体平衡，然后在物体平衡时测量这两个力，看看这两个力之间存在怎样的关系。你准备怎样做这个实验?请你和同学讨论，设计可行的方案。
【设计实验】如图所示，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不变。
【进行实验与收集证据】（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）。
【分析论证】（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。
二力平衡的条件：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。记忆口诀：“同体、等大、反向、共线”。
（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.
【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。
视频演示——《探究二力平衡的条件》
视频演示——《探究二力平衡的条件（方案二）》
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，匀速直线运动，运动状态不变。
【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
【例题2】如图所示，是探究“二力平衡的条件”实验，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。下列说法不正确的是（     ）A．因为摩擦可忽略，小车在水平方向上只受到F1、F2作用B．增减钩码个数，是探究二力大小对小车平衡的影响C．F1、F2大小相等时，小车一定处于平衡状态D．将小车水平扭转90°时，F1、F2仍在同一直线上
A．实验忽略摩擦，小车水平方向只受到水平向左的拉力F1和水平向右的拉力F2，故A正确，不符合题意；B．增减钩码个数，小车受到的两个拉力大小不相等，探究二力大小对小车平衡的影响，故B正确，不符合题意；C．小车两端受到的两个拉力大小相等时，小车处于静止状态，即处于平衡状态，所以F1、F2大小相等时，小车处于平衡状态，故C正确，不符合题意；D．将小车水平扭转90°时，两个力不在同一直线上，松手后小车不能平衡，小车会发生转动，探究不在同一直线上的两个力是否平衡，故D错误，符合题意。故选D。
【例题3】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；
（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。
（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。
1. 判断二力平衡的方法
（1）根据物体受力情况判断 作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上，则这两个力平衡。（2）根据物体的运动情況判断一个物体受到两个力的作用，若物体保持静止状态或匀速直线运动状态，则这两个力平衡。
2. 区别“平衡力”和“相互的力”
木块受到的力：重力G与地面对木块的支持力N
木块对地面有一个压力F、地面对木块有一个支持力N
（1）实例分析：分析地面上木块的受力情况，找出平衡力？相互的力？
（2） “平衡的二力”与“相互的二力”的比较
欣赏表演剧——《“相互的力”与“平衡的力”》
注意：剧中镜头有可能引起内心不适症状，切勿模仿。
3. 二力平衡的应用
（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可以求另一个力的大小和方向。
①静止在水平面上的物体因为物体静止，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。所以支持力的大小等于物体重力的大小 F=G，支持力的方向竖直向上。
②弹簧测力计测重力原理因为物体静止，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。 物体重力等于拉力： G=F用弹簧测力计测量物体所受的重力G，利用的是二力平衡条件。
（2）判断物体的运动状态已知物体的受力情況，可以通过受力分析判断物体是否处于平衡状态。如果物体只受两个力作用，且这两个力满足“同体、等大、反向、共线”的条件，就可以判定物体处于平衡状态（物体静止或做匀速直线运动）。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：在竖直方向上有重力G、地面支持力N；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。
以在水平路面上运动的小车为例进行分析：
①若牵引力等于阻力，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，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，二力不平衡，小车向左做减速直线运动。
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。
重力的方向竖直向下，可采用悬挂法确定形状不规则物体的重心。图乙中物体重心在AB线段上，图丙中物体重心在DE线段上，故AB与DE的交点C即为该物体的重心。
5. 力与运动的关系
保持静止或匀速直线运动
运动的速度或方向发生改变
【例题4】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。
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=4.9牛，方向竖直向上。
【例题5】如图所示，一只碗放在水平桌面上静止不动，以下两个力是一对平衡力的是（　　）A．桌面对碗的支持力和碗对桌面的压力B．桌面对碗的支持力和碗的重力C．碗对桌面的压力和碗的重力D．碗对桌子的压力和地面对桌面的支持力
A．桌面对碗的支持力和碗对桌面的压力，这两个力分别作用在了碗和桌面上，没有作用在同一物体上，不是一对平衡力，故A不符合题意；B．桌面对碗的支持力和碗受到的重力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故B符合题意；C．碗对桌面的压力和碗的重力，作用在两个物体上，不是一对平衡力，故C不符合题意；D．地面对桌面的支持力大小等于桌子和碗的重力之和，所以，碗对桌子的压力和地面对桌面的支持力，二力大小不相等，不是一对平衡力，故D不符合题意。
第2节 二力平衡
①平衡状态：物体受几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，则这几个力平衡，物体处于平衡状态.②平衡力：使物体处于平衡状态的两个力（或多个力）.③二力平衡：当物体受到两个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，就说这两个力平衡.④二力平衡条件：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.①求力的大小和判断力的方向；②判断物体的运动状态（平衡状态或非平衡状态）；③找重心.
1. 在图中，F1和F2是物体所受的方向相反的两个力，哪些情况下，这两个力是平衡的？
乙、丁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。所以乙丁图中的两个力是平衡的。
2. 在平直的地面上，一个人沿水平方向用20N的力推一辆小车匀速向左运动，试着在图中画出小车所受阻力的大小和方向（可把力的作用点画在重心上）。
人沿水平方向用力推一辆小车匀速向西运动，小车所受阻力f与推力F是一对平衡力，所以小车所受阻力的大小为20牛，方向水平向东。
3. 质量为40kg的小船静止在水面上，它除了受到重力之外，还受到另外一个力的作用，这个力的大小等于多少？方向如何？试着画出小船受力的示意图？（可把力的作用点画在重心上）。g取10N/kg
小船所受重力大小：G=mg=40kg×10N/kg=400牛，方向竖直向下；小船受到的另一个力与重力是一对平衡力，故另一个力的大小也为400N，方向是竖直向上。
4. 在水平公路上匀速行驶的公交车受到几对平衡力的作用？为什么说它们是互相平衡的？若以图中的长方形表示这辆汽车，请在图中画出汽车受力的示意图。
在水平公路上匀速行驶的公交车，受到两对平衡力的作用。在水平方向上，汽车受到的牵引力F牵和阻力F阻是一对平衡力；在竖直方向上，汽车所受的重力G和支持力F支是一对平衡力。因为这两对力中的每一对力都是大小相等、方向相反的，作用在同一条直线上，且都作用在汽车上，因此他们相互平衡。
1. 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
A．竖直向上抛出的橡皮，受到竖直向下空气阻力和重力，两个力方向相同，不是平衡力，故A不符合题意；B．随观光电梯一起匀速上升的游客做匀速直线运动，属于平衡状态，受平衡力的作用，故B符合题意；C．沿光滑斜坡滚下的小球，速度越来越大，不是平衡状态，故C不符合题意；D．正在匀速转向行驶的汽车，运动方向发生改变，不属于平衡状态，不受平衡力的作用，故D不符合题意。
2. 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．线对天花板的拉力
A．灯所受拉力与线所受的重力没有满足二力平衡关于作用在同一个物体上的条件，故A不符合题意；B．当灯静止时，灯受到竖直向上的拉力和竖直向下的重力的作用，拉力和重力满足二力平衡的四个条件，是一对平衡力，故B符合题意；C．灯所受拉力与灯对线的拉力是一对相互作用力，故C不符合题意；D．灯所受拉力与线对天化板的拉力没有满足二力平衡关于作用在同一个物体上的条件，故D不符合题意。
3. 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_____________________ 。
力是物体对物体的作用，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相互的。当无人机匀速直线升空（不考虑空气阻力）时，受力平衡，无人机受到的升力等于重力，而悬停时也是受力平衡，升力等于重力，故无人机受到的升力等于悬停时受到的升力。若此时由于故障，旋翼停止转动，无人机由于惯性保持原来的运动状态继续上升，但由于重力作用而减速，速度减小为0后，加速下降，故先减速上升后加速下降。
4. 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）。
由图知，小强同学是为了利用“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。由二力平衡条件可知，拉力的大小等于重力的大小： F=G=mg=0.2kg ×10N/kg=2N
5. 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_________ 。
6. 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________________ 。