3.5二力平衡的条件（教学设计）七年级科学下册（浙教版）

3.5二力平衡的条件（教学设计）年级七年级授课时间课题3.5二力平衡的条件教学目标科学观念：掌握二力平衡的条件；能说明二力平衡的条件以及物体运动状态变化的原因；会应用二力平衡的知识分析、解决简单的问题；能够区分二力平衡与相互作用力；科学思维：树立通过实验研究问题的意识和习惯，能用应用二力平衡的知识解决力学问题；探究实践：通过实验设计，体会实验探究思维程序和控制变量法的实验设计方法；通过理性分析归纳物体平衡所需满足的条件；通过运用二力平衡条件解释物理现象，正确的认识力和运动的关系；态度责任：培养学生树立用实验方法解决物理问题的思想，对待实验实事求是的科学态度和严谨的科学作风。教学重难点重点：探究二力平衡条件的实验，加深对二力平衡条件的理解；难点：二力平衡中的“二力共线”问题和二力平衡条件的实际应用。学情分析本节内容选自浙教版七下第三章第5节，本节内容包括二力平衡概念、条件和应用。它是对力的作用效果的进一步认识，它把物体受力情况分析与物体的运动状态紧密联系在一起，是整章知识的综合应用。教材中，通过对日常生活中非常熟悉的图进行受力分析、运动状态的讨论引入，以生活素材为基础，体现从生活走向科学，来激发学生的学习兴趣。让学生亲身体验探究过程，通过实验操作和对比观察让他们在观察、解决问题的过程中，理解二力平衡的条件，实现知识的自我构建，并从中体验科学探究的乐趣。本节内容拟用1课时完成教学。教学准备课件、课本、活动器材等教学过程教师活动学生活动新课导入牛顿第一定律牛顿总结了伽利略等人的研究成果，进一步得出：一切物体在没有受到外力作用的时候，总保持匀速直线运动状态或静止状态。这就是牛顿第一定律。思考：为什么有些物体受力时，也会保持匀速直线运动状态或静止状态呢？新知讲授一、二力平衡1.二力平衡、平衡力和平衡状态我们知道，力是改变物体运动状态的原因。我们身边所有的物体无一例外地都受到力的作用，但为什么仍有许多物体的运动状态能够保持不变呢？下面我们来探究一种最简单的情形。活动1．如图中的吊灯和货物各受到几个力的作用？2．吊灯和货物各处于怎样的运动状态？吊灯受到绳子向上的拉力和向下的重力，吊灯处于静止状态。货物受到绳子向上的拉力和向下的重力，货物处于匀速直线运动状态。由以上活动可知：物体受力作用时，运动状态不一定就会发生变化。一个物体在两个力的作用下，如果保持静止或匀速直线运动状态，就说明这两个力是平衡的。物体在受几个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态。那么这几个力的作用效果和不受力时的效果是一样的，这几个力的作用效果相互抵消，相当于不受力。我们就说这几个力平衡。若为两个力，我们就说这两个力“二力平衡”，或这两个力是一对平衡力，我们把静止状态或匀速直线运动状态叫做平衡状态。2.平衡力与平衡状态的关系注意：若物体运动的某一刻速度为0（或某一瞬间处于静止状态），下一瞬间速度不为0（或不再静止），这说明物体没有保持静止状态，则物体受力不平衡。如被竖直向上抛向空中的物体达到最高点时，速度为0，但之后物体向下加速运动，无法保持静止状态，则物体受力不平衡，因此并没有处于平衡状态。那么，接下来我们可以先研究一下比较简单的平衡力的情况，即当物体受到两个力的作用时，这两个力满足怎样的条件时，才能使物体保持静止状态呢？接下来我们来探究一下二力平衡的条件。二、探究二力平衡的条件1.二力平衡的条件【提出问题】当物体受到两个力的作用而处于平衡状态时，这两个力的大小、方向存在什么关系?它们在一条直线上吗?【实验步骤及现象分析】1.用如图甲所示的装置，在两边的绳套上挂等重的钩码，此时塑料板两侧受到的拉力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。放开塑料板后，观察现象：可看到塑料板将保持静止。分析1：塑料板左右两侧受力大小相同，方向相反，在同一条直线上，塑料板处于平衡状态。2.如图甲，在两边的绳套上挂不等重的钩码，此时塑料板两侧受到的拉力大小不相等、方向相反、作用在同一条直线上。放开塑料板后，可看到塑料板将会向钩码重（填“重”或“轻”）的一侧运动。分析2：塑料板左右两侧受力方向相反，在同一条直线上，但大小不同，塑料板不能处于平衡状态。3.如图乙，在两边绳套上挂等重的钩码，将塑料板稍向下移动，此时塑料板两侧受到的拉力虽然大小相等，但方向并非严格相反，且两个力没有作用在一条直线上。放开塑料板后，可看到塑料板会向上运动。分析3：塑料板受到的两个拉力大小相同，方向不相反，塑料板不能处于平衡状态。4.如图丙，在两边的绳套上挂等重的钩码，并将塑料板扭转一个角度，使塑料板两侧绳子相互平行，此时塑料板两侧受到的拉力虽然大小相等、方向相反，却不在一条直线上。放开塑料板后，可看到塑料板会转动。分析4：塑料板左右两侧受力大小相同，方向相反，但不在一条直线上，塑料板不能处于平衡状态。【实验结论】通过实验可以得出：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，那么这两个力就相互平衡。【注意事项】（1）实验中的滑轮需要转动灵活，且使用轻质塑料片，这是为了减小阻力和重力对实验的影响；（2）实验中选择让塑料板处于静止状态作为平衡状态，是因为匀速直线运动状态不容易控制。故虽然上述结论是在物体静止的情形时得出的，但它也同样适用于物体做匀速直线运动时的情形；（3）实验中将塑料板扭转一个角度再释放是为了使两个力不在同一条直线上，该步骤是为了验证二力平衡的条件：两个力作用在同一条直线上；（4）该实验采用控制变量法。总结：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，并且作用在同一条直线上，这两个力就达到二力平衡，此时物体处于平衡状态。简记：同体、等大、反向、共线。思考：下面四个物体所受的两个力平衡吗？为什么？同体、等大、反向，但不共线，二力不平衡同体、反向、共线，但不等大，二力不平衡反向、共线、等大，但不同体，二力不平衡同体、反向、共线、等大，二力平衡2.二力平衡的判断（1）根据二力平衡条件判断：大小相等、方向相反、作用在同一物体上、作用在一条直线上。（2）根据物体的运动状态判断：物体是否处于平衡状态，即物体是否处于静止或匀速直线运动状态。3.二力平衡的应用（1）弹簧测力计原理使用弹簧测力计测量物体的重力时，弹簧测力计的示数等于物体的重力，这是依据物体受到平衡力，物体的重力等于弹簧的弹力，F=G。（2）运动状态与受力分析如用弹簧测力计向右拉物体，若物体保持静止或匀速直线运动，则物体所受阻力和拉力相等；若物体减速运动，则阻力大于拉力；若物体加速运动，则拉力大于阻力。可根据物体的运动状态对物体进行受力分析。4.平衡力与相互作用力的区别木块受到的桌面的支持力和花瓶受到的重力是一对平衡力木块受到桌面的支持力和木块对桌面的压力是一对相互作用力平衡力相互作用力思考与讨论1.将一只笔筒（连同笔）静止放在水平桌面上。在以下几个相关的力中，哪两个力是一对相互平衡的力？哪两个力是相互作用力？①笔筒受到的重力 ②笔筒对桌面的压力 ③桌面对笔筒的支持力2.请由第1题说说你是如何辨别一对平衡力和一对相互作用力的。①笔筒受到的重力作用在笔筒上，②笔筒对桌面的压力作用在桌面上，③桌面对笔筒的支持力作用在笔筒上。根据平衡力的特点可知，①笔筒受到的重力与③桌面对笔筒的支持力是一对平衡力；根据相互作用力的特点可知，②笔筒对桌面的压力与③桌面对笔筒的支持力是一对相互作用力。课堂练习典例1关于排球运动，下列说法正确的是（）A.运动员发球时，手对排球的力大于排球对手的力B.排球离手后，仍能继续向前运动，是因为受到人的推力C.沿弧线自由飞行的排球到达最高点时，不受任何力D.排球落地后在水平地面滚动时，它的重力和地面对它的支持力是一对平衡力【答案】D【解析】A.运动员发球时，手对排球的力等于排球对手的力，故A错误；B.排球离手后，仍能继续向前运动，是因为排球具有惯性继续保持原来的运动状态，故B错误；C.沿弧线自由飞行的排球到达最高点时，受重力和空气的阻力，故C错误；D.排球落地后，它受到重力和地面对它的支持力是一对平衡力，故D正确。故选D。典例2全民运动已经成为社会热点。如图所示，小科在水平冰面上滑冰车时，用钎子用力杵冰面，冰车加速向前滑行，但停止用力后会慢慢停下来，不计空气阻力。对此现象分析正确的是（）A.冰车加速向前滑行是由于钎子给冰面的力大于冰面给钎子的力B.小科停止用力后，冰车能继续向前滑行是因为冰车受到惯性力C.扔掉钎子，冰车继续滑行，冰车受到阻力和地面对冰车的支持力是一对平衡力D.停止用力后，若一切外力都消失，则小科和冰车一起向前做匀速直线运动【答案】D【解析】A.钎子给冰面的力和冰面给钎子的力是一对相互作用力，大小相等，故A错误；B.小科停止用力后，冰车能继续向前滑行是因为冰车具有惯性，惯性不是力，不能说受到惯性力。故B错误；C.扔掉钎子，冰车继续滑行，冰车受到的重力和地面对冰车的支持力是一对平衡力，故C错误；D.停止用力后，若一切外力都消失，根据牛顿第一定律可知，小科和冰车一起向前做匀速直线运动，故D正确。故选D。典例3雨滴自高空由静止开始落下，已知雨滴在下落过程中所受的空气阻力随其运动速度增大而增大，在整个下落过程中（）A.先加速下落，后减速下落B.开始下落后立即匀速运动，最后加速下落C.先加速下落，中间匀速下落，最后减速下落D.先加速下落，后匀速下落【答案】D【解析】雨滴开始下落的时候，速度很小，阻力也小，重力的方向竖直向下，阻力的方向向上，故重力和阻力的合力方向向下，故雨滴做加速运动，随着速度的增加，阻力也越来越大，当阻力增加到和重力相等的时候，雨滴做匀速运动。故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。典例4如图甲所示是小正同学探究二力平衡条件时的实验情景。（1）小正将系于小卡片（重力可忽略不计）两端的线分别跨过左右文架上的滑轮，在线的两端挂上钩码，使作用在小卡片上的两个拉力方向相反。并通过调整来改变拉力的大小。（2）当小卡片平衡时，小正将小卡片转过一定角度，松手后小卡片（填“能”或“不能”）平衡，设计此实验步骤的目的是为了探究。（3）在探究同一问题时，小明将木块放在水平桌面上，设计了如图己,所示的实验，同学们认为小正的实验优于小明的实验，其主要原因是。A.小卡片容易扭转B.小卡片是比较容易获取的材料C.容易让小卡片在水平方向上保持平衡D.减小了摩擦力对实验结果的影响【答案】（1）钩码个数（2）不能；不在同一直线上两个力是否能保持平衡（3）D【解析】（1）本实验是通过改变钩码个数来改变力的大小的。（2）将小卡片转过一定角度，卡片所受的两个力不在同一直线，所以小卡片不能保存平衡；这样做的目的是为了探究不在同一直线上两个力是否能保持平衡。（3）小明将木块放在水平桌面上，木块在桌面上所受的摩擦力较大，对实验影响较大，而用小卡片悬空做实验，不受卡片与水平面的摩擦力的影响，故ABC不符合题意，D符合题意。故选D。课堂小结1.二力平衡（1）物体受力作用时，运动状态不一定就会发生变化。一个物体在两个力的作用下，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，就说明这两个力是平衡的，这两个力是一对平衡力，即二力平衡。（2）平衡状态：物体受到几个力的作用处于静止或匀速直线运动状态，则物体所受合力为0，此时物体处于平衡状态。2.探究二力平衡的条件实验：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，那么这两个力就相互