8.2 二力平衡（导学案） 八年级物理 （人教版）【教师版】

8.2二力平衡（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。2．二力的平衡条件：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。3.分析下列物体的受力情况：（1）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；（2）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；在竖直方向上，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，则吊线对它的拉力大小为2N，方向是竖直向上的。5.水平路面上有一辆向左运动的汽车，在水平方向上受到汽车发动机的牵引力和阻力。（1）若牵引力等于阻力，则二力平衡（选填“平衡”或“不平衡”），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”），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”），车向左做减速直线运动。【合作探究】探究一、二力平衡的条件【想一想】牛顿第一定律告诉我们，一切物体在不受外力作用时，总保持匀速直线运动状态或静止状态。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？1.物体的受力分析【进行分析】下面这些物体处于什么状态？分析这些物体分别受到哪些力的作用？（1）静止在桌面上的杯子杯子受到的力有：重力G与桌面的支持力F。（2）悬挂的电灯电灯受到的力有：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受到的力有：汽车的重力G、地面的支持力N；在水平方向上受到的力有：牵引力F、空气与地面的阻力f。【归纳】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，即运动状态不变。2.平衡状态与平衡力平衡（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。（3）二力平衡：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【想一想】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。【实验设计】如图，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。【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。【进行实验并收集数据】（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）。【实验记录】序号力的大小力的方向是否在同一直线上是否作用在同一物体上小车是否平衡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【分析与论证】（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。【实验结论】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”。【交流与评估】（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。【例题1】不计空气阻力，下列物体处于平衡状态的是（D）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【解析】ABC.在空中自由下落的石块，下落速度越来越快，运动状态改变；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；竖直向上抛出的篮球，上升速度改变，运动状态都发生了改变，故不符合题意。D.沿笔直斜坡匀速上行的汽车，运动状态不变。符合题意。所以选D.【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。探究二、二力平衡的条件的应用力的平衡在日常生活中有许多实际应用，主要包括以下两方面：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.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求另一个力的大小和方向。【进行分析】（1）分析静止在水平面上的物体的受力情况因物体静止，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重力的大小F=G，支持力的方向竖直向上。（2）用弹簧测力计测量物体所受重力的原理因为物体静止，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，所以物体重力的大小等于拉力的大小G=F。2.判断物体的运动状态（平衡状态或非平衡状态）【分析】以在水平路面上向左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：（1）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。（2）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F=f，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F＞f，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F＜f，二力不平衡，小车向左做减速直线运动。（以上均选填“匀速”、“加速”或“减速”）3.找重心：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。4.运动和力的关系物体受到平衡力的作用，运动状态不发生改变，即保持静止状态或匀速直线运动状态。物体受到非平衡力的作用，运动状态发生改变，即运动的速度或方向发生改变（均选填“发生”或“不发生”）。5.区别“平衡力”和“相互的力”【分析】一本书静止在水平桌面上时，分析书、桌面的受力情况。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。一对平衡力一对相互作用力相同点大小相等大小相等方向相反方向相反作用在同一直线上作用在同一直线上不同点作用在同一物体上分别作用在两个物体上【例题3】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。【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。【例题4】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（

B

）

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【详解】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。故选B。【精讲点拨】1.判断二力平衡的方法（1）由受力情况判断：如果两个力满足“同体、等大、反向、共线”，则二力平衡；反之则不平衡。（2）由运动情况判断：如果物体静止或匀速直线运动，即物体处于平衡状态，则物体所受二力平衡；如果物体的运动状态发生改变，则物体受非平衡力。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（1）一是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）。（2）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。【归纳整理】【课堂练习】1．下列描述的现象中，不属于运动状态改变的是（）A．小华坐在滑轮车上从坡上快速的滑下来B．人造同步通讯卫星绕地球匀速转动C．物体从光滑的斜面上滑下来D．神舟五号飞船在返回地面的最后时刻，弹射出缓冲降落伞，使飞船匀速直线下降到指定地点【答案】D【详解】A．小华坐在滑轮车上从坡上快速的滑下来，速度的大小改变，故运动状态改变，故A不符合题意；B．人造同步通讯卫星绕地球匀速转动，其速度大小不变，但方向改变，运动状态改变，故B不符合题意；C．物体从光滑的斜面上滑下来做加速运动，速度大小改变，运动状态改变，故C不符合题意；D．神舟五号飞船在返回地面的最后时刻，弹射出缓冲降落伞，使飞船匀速直线下降到指定地点，运动速度大小和方向都不变，运动状态不变，故D符合题意。故选D。2.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【答案】B【详解】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。故选B。3．在下列物体受力示意图中，哪个物体受到的两个力是彼此平衡的（）A

B

C

D

【答案】A【详解】A．图中两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上，所以是一对平衡力，故A符合题意；B．图中一个力的大小为3N，一个为5N，两个力大小不相等，所以不是一对平衡力，故B不符合题意；C．图中两个力不是作用在一条直线上，所以不是一对平衡力，故C不符合题意；D．图中一个力的大小为7N，一个为8N，两个力大小不相等，所以不是一对平衡力，故D不符合题意。故选A。4．第24届冬季奥运会于2022年2月4日在北京举行，冰壶为正式比赛项目之一。如图所示，当冰壶在冰面上滑动时（）A．冰壶受到的重力与冰壶对冰面的压力是一对平衡力B．冰面对冰壶的支持力与冰壶对冰面的压力是一对平衡力C．冰壶受到的重力与冰壶对冰面的压力是一对相互作用力D．冰壶受到的重力与冰面对冰壶的支持力是一对平衡力【答案】D【详解】A．冰壶受到的重力与冰壶对冰面的压力作用在两个物体上，故不是一对平衡力，故A不符合题意；B．冰面对冰壶的支持力与冰壶对冰面的压力作用在两个物体上，故不是一对平衡力，故B不符合题意；C．冰壶受到的重力与冰壶对冰面的压力方向相同，故不是一对相互作用力，故C不符合题意；D．冰壶受到的重力与冰面对冰壶的支持力作用在同一物体上、方向相反、大小相等、作用在同一直线上，是一对平衡力，故D符合题意。故选D。5．一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。【答案】相互的，等于，减速上升后加速下降。【详解】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。6．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）。【答案】二力平衡，2。【详解】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=7．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。

【答案】（1）见右图；（2）1；（3）不平衡，见解析。【详解】（1）重力的作用点在重心，方向竖直向下；小球对绳子的拉力作用点在绳子上，方向沿绳向下；如图所示。（2）小球重力为G=mg（3）通过对小球进行受力分析