初中物理沪科版（2024）八年级全册（2024）第三节 二力平衡优质ppt课件

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想一想：能不能反过来说，凡是保持静止状态或匀速直线运动状态的物体都没有受到外力呢？
回忆：牛顿第一定律：一切物体在没有受到力的作用时，总保持静止状态或匀速直线运动状态。由牛顿第一定律可知：当物体不受力时，总保持原来的运动状态不变，原来静止的物体始终静止；如果原先运动，就始终以原来的速度做匀速直线运动。
看一看：我们周围的一些物体在力的作用下总是保持静止，也可能做匀速直线运动。
在受力的情况下，物体有时也会保持静止或匀速直线运动状态。这是为什么？
1. 物体的受力分析
篮球受到的力有：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）静止在地面上的篮球
（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
把物体保持静止或匀速直线运动状态称为平衡状态。物体如果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。
如图中篮球受到的重力与支持力就是一对平衡力；跳伞运动员受到的重力与空气阻力也是一对平衡力。
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，运动状态改变； 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
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。
【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）实验装置如图甲所示，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）如图乙所示，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（丙图）。（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（丁图）。
（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。
二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上。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.
（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。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）》
【例题2】小阳选择如图所示的装置“探究二力平衡的条件”实验。（1）小阳的实验步骤如下：①如甲图所示，小卡片两端系上细线绕过滑轮，细线另一端系着完全相同的小托盘；左右两侧托盘中各放置一个质量相等的砝码，松手后小卡片处于静止状态；②分别改变两侧托盘中砝码的总质量，发现只有当两侧托盘中砝码的总质量相等时，松手后小卡片才处于静止状态；根据实验现象可得：两个相互平衡的力一定_______ ；
（1）只有当两侧托盘中砝码的总质量相等时，松手后小卡片才处于静止状态，说明小卡片受到的两个力的大小相等时，小卡片处于平衡状态，可以得到两个相互平衡的力一定相等。
（3）满足以上二力平衡的条件后，再用剪刀把纸片从中间剪成两半，小卡片向两侧运动，如丙图所示。此实验说明二力平衡时还应满足的条件是：__________。
（2）在上面实验结论的基础上，如乙图所示继续探究。用手将小卡片扭转一个角度，松手后，小卡片无法在此位置平衡。此实验是为了探究二力平衡时_______________________ ；
（2）将纸板转过一个角度，细线对纸板的拉力不在作用在同一直线上，松手后小卡片不能平衡，此实验是为了探究二力平衡时两个力在同一条直线上。（3）用剪刀把纸片从中间剪成两半，纸片变成两个物体，小卡片向两侧运动，说明只有作用在同一物体上的两个力才能平衡。
【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。
二力平衡的理解与应用
三、二力平衡的理解与应用
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
（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（物体静止或做勻速直线运动）。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，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．线对天化板的拉力
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。
杂技艺术中的平衡杂技表演中的走钢丝、女子排椅等节目，体现了传统杂技的“惊、险、奇、新、美”，很好地应用了平衡知识。演员在表演这些节目时，需要小心调整自己的重心位置，使重力作用线通过支撑面。这样，演员及使用的器具在重力和支持力的作用下就能处于平衡状态。
①平衡状态：物体保持静止或匀速直线运动的状态.②平衡力：物体如果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.作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反，并且作用在同一条直线上.①判断二力平衡的方法：根据受力情况；根据运动状态.②二力平衡条件的应用：求力的大小和判断力的方向；判断物体的运动状态；找重心.
二力平衡的理解与应用
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6000N；若起重机吊着同一重物使其以v0/2的速度匀速下降，则此时钢丝绳的拉力（ ）A. 大于6000N B. 等于6000NC. 等于3000N D. 小于3000N
物体不论是向上还是向下，也无论速度是快还是慢，只要是做匀速直线运动即处于平衡状态，受到的力是平衡力。又因为重物在竖直方向上只受到拉力和重力的作用，所以两力是一对平衡力，故拉力都等于重力，即F=G=6000N故ACD不符合题意，B符合题意。
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
A正确。A．钢笔的重力和书对钢笔的支持力均作用在钢笔上使钢笔保持静止，是一对平衡力，故A正确；B. 钢笔对书的压力和书对钢笔的支持力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，施力物体和受力物体互为彼此，是一对相互作用力，故B错误。故选A.
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。
AB．由图知，二力不在同一直线上，不是一对平衡力，不能处于平衡状态，故A不符合题意；C．由图知，这两个力大小相等，方向相反，作用在一条直线上，作用在同一个物体上，因此是一对平衡力，能处于平衡状态。
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F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
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F2水平向右的拉力，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，两力不在同一直线上，松手后小车不能平衡，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。
5．冬天里，某些地方的人们常用狗拉雪橇来代步。一条狗用200N的水平拉力拉着重2000N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__________。
雪橇在水平雪面匀速运动，在水平方向上受到的拉力和摩擦力平衡，大小相等，方向相反，由于狗的拉力200N，水平向东，所以雪橇受到地面的滑动摩擦力是100NN，方向水平向西。雪橇在水平雪面匀速运动，雪橇在竖直方向上受到的重力和地面对雪橇的支持力是一对平衡力，根据平衡力的特点可知，支持力的大小等于重力大小，为1500N，方向与重力的方向相反，为竖直向上。
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。
壁虎受到的重力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，方向相反，重力方向竖直向下，摩擦力方向竖直向上，如图所示。
7.*如图所示，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