資源簡介

第2節　二力平衡
知識與技能：
1．知道平衡狀態是指物體處于靜止或勻速直線運動狀態。
2．知道物體處于平衡狀態時所受的力叫平衡力，最簡單的平衡情況是二力平衡。
3．理解二力平衡的條件。
4．能判斷物體是否處于平衡狀態，并能分析哪兩個力是一對平衡力。
過程與方法：
1．通過觀察分析，知道什么是二力平衡。
2．通過實驗探究，知道二力平衡條件及物體在平衡力作用下的運動狀態。
情感、態度與價值觀：
1．具有對科學的求知欲，樂于探索自然現象和日常生活中的物理學知識，有將科學技術應用于日常生活、社會實踐的意識。
2．通過探究與交流，使學生有將自己的見解公開并與他人討論的意識，認識到交流合作的重要性，有主動與他人合作的精神。
重點：二力平衡的條件。
難點：二力平衡條件的應用。
多媒體課件、小車、砝碼、小盤、細繩、固定有滑輪的桌子。
一、情景導入
多媒體展示圖片：靜止在桌面上的檸檬、做勻速直線運動的汽車、降落傘勻速下降、靜止吊在天花板上的電燈等。
　　　　　　
請同學們分析這些物體處于什么狀態？受哪些力的作用？牛頓第一定律告訴我們，物體不受力時將保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。但以上物體受力了，運動狀態仍然保持不變，即能保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，這又是怎么回事呢？今天就讓我們一起來探究平衡的奧秘吧！
二、合作探究
　平衡狀態
(1)除靜態平衡外，當物體受到力的作用，保持勻速直線運動的情況也時常見到。如一列火車在一段平直的軌道上勻速行駛，火車受豎直向下的重力和豎直向上的支持力、水平向前的牽引力和向后的阻力。
(2)保持原有運動狀態不變叫做平衡，即速度恒定不變的物體就是處于平衡狀態。速度恒定不變包括速度恒為零的靜止狀態，是一種靜態的平衡；也包括運動間的平衡，即速度不為零，但大小、方向都不變的勻速直線運動狀態。
物體受到幾個力作用時，如果保持靜止或勻速直線運動狀態，我們就說這幾個力相互平衡，物體處于平衡狀態。
　二力平衡的條件
物體受兩個力作用保持平衡的情況最簡單，我們先來探究這種情況。物體受兩個力作用一定就能保持靜止或勻速直線運動狀態嗎？如果作用在物體上的力只有兩個，且物體處于平衡狀態，這兩個力應該滿足什么樣的條件呢？
(1)猜想與假設
讓學生猜想在什么條件下二力平衡。(可能與作用力的大小、方向、作用位置……有關)
(2)制訂實驗計劃、設計實驗
學生根據桌上所準備的實驗裝置，如圖所示(還有若干質量相等或不等的砝碼)，自己設計實驗探究二力平衡時，兩個力的大小、方向、作用點應該有什么關系。各實驗小組交流設計的實驗方案，并對自己設計的方案進行修改。
(3)學生分組實驗
實驗方法：在兩邊小盤中放質量相等的砝碼，使小車受到大小相等、方向相反、作用在同一直線上的力。小車處于平衡(靜止)狀態，改變小車的受力情況：
①改變其中一邊小盤里砝碼的質量，使小車受到的力大小不等。
②將其中一邊小盤里的砝碼全部移到另一邊，使小車受到的力方向相同。
③轉動小車，使小車受到的力不在同一直線上。
將實驗條件和現象記錄在表格中。
小車所受二力情況 小車運動情況(靜止與否)
大小 方向 是否在一條直線上
……
　　(4)分析與論證
引導學生分析，哪些情況下小車不能保持靜止，哪些情況下小車能保持靜止，從而得出結論。
學生歸納總結，得出結論：作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反，并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。
(5)評估
可以向學生指出，小車在水平方向還會受到摩擦阻力，但實驗中這個阻力很小，與拉力相比可以忽略。
二力平衡的條件：作用在同一個物體上的兩個力，大小相等，方向相反，且作用在同一條直線上。“八字口訣”：同體、等值、反向、共線。
　二力平衡條件的應用
如圖所示，吊在空中重5 N的電燈(如圖所示)靜止不動時，電線對它的拉力是多大？
　　
同學們交流討論上述問題，教師引導分析：①確定研究對象：電燈；②對電燈進行受力分析：重力、拉力；③兩個力的關系：互相平衡(大小相等，方向相反，在同一直線上)。拉力是5 N，方向豎直向上。
多媒體展示下列事例，學生分析物體受到的力，通過事例分析加深對二力平衡的理解與應用。
(1)放在桌上的書。(重力、支持力)
(2)勻速下落的跳傘運動員。(重力、阻力)
(3)平直公路上勻速行駛的汽車。(水平方向上的牽引力和阻力、豎直方向上的重力和支持力)
根據物體的受力情況判斷物體的運動狀態：
①物體不受力，應保持勻速直線運動或靜止狀態；
②物體受一個力，運動狀態發生改變(這是力產生的效果)；
③物體受力平衡時，應保持勻速直線運動或靜止狀態(靜止的物體受平衡力時，仍然保持靜止；運動的物體受平衡力時，仍然保持勻速直線運動)。
一對平衡力和一對相互作用力的異同：相同點是都滿足大小相等，方向相反，作用在同一直線上。不同點是一對平衡力是作用在“同一”物體上的力，而一對相互作用力是分別作用在“不同”物體上的力；兩個力，只要不是作用在同一物體上，就不可能是平衡力；兩個力中，發生作用的物體只要出現第三個，就不可能是相互作用力。
神奇的平衡
甲
書桌上放著一個不倒翁，渾圓的身體，一張笑瞇瞇的臉。書讀累了，你去逗一下，把它推倒了，可它馬上又笑嘻嘻地站起來(如圖甲)，好倔強的脾氣。
讓我們就從這個倔強的不倒翁，開始說說在我們身邊的物理知識吧！
不倒翁告訴我們一個非常有用的物理知識，就是物體怎樣才能平衡。
一本書豎在桌子上，輕輕地用手一推，“啪”的一聲便倒在桌子上，而不倒翁被推倒了卻又能站起來。這就是說，不同物體的平衡是有區別的。一個物體豎立在水平面上，輕輕地推一下，它晃了幾下又重新立穩，這種平衡叫穩定平衡；如果輕輕地一碰就倒，叫做不穩定平衡。不倒翁是穩定平衡的例子，立在桌面上的書本、鉛筆等是不穩定平衡的例子。
不倒翁不倒的秘密在于它肚子底下的那個大泥坨，使不倒翁和桌子之間有一個很大的支持面，大泥坨還使不倒翁的重心降得很低，所以不倒翁特別穩定，倒了還能自己再站起來。立在桌面上的書則不同，它的支持面非常狹窄，重心又很高，所以一碰就倒。因此，看一個物體是否穩定有兩個條件：一個條件是支持面面積的大小，另一個條件是物體重心的高低。
走鋼絲的雜技節目很驚險，是由于觀眾總害怕演員摔下來。如圖乙所示，雜技演員始終處于一個不穩定的情況，演員必須不斷小心地調整自己身體的姿勢，保持身體的平衡，才能順利地通過鋼絲。
有一種看上去更加驚險的摩托車走鋼絲，摩托車不僅在鋼絲上行駛，而且車身的下面還掛著一個沉重的車廂，坐在車廂里的演員還做出多種高難度動作，看上去更加驚險。其實這個節目倒十分安全，因為掛在下面的車廂使整體的重心下降到鋼絲繩的下面，成為一種十分穩定的平衡。
這個道理可以用下面的實驗來證明：用橡皮泥或抹窗戶縫的油灰(膩子)做一個走鋼絲的小人。如圖丙所示，用一根細木棍穿過一小團橡皮泥做身子，木棍當做腿，刻上一個小槽正好鑲在鐵絲上，然后把兩個長鐵釘斜著對稱地插在橡皮泥做的身子上。繃緊鐵絲，把小人放在上面，由于插了兩個大鐵釘，小人整體的重心就落在鐵絲的下面，不管你如何搖晃抖動鐵絲，小人都不會跌落下來。
所以懸掛是一種最穩定的平衡。過去汽車大賽的時候，由于賽車車速太快，常常發生車翻人亡的悲慘事故。如今設計出一種新型的“低懸掛”型賽車，車轱轆很高，車廂很低，使汽車的重心落在車軸的下面，等于把車身掛在了車軸的下面，所以把這種賽車弄翻很不容易。
你也許沒有看到過懸掛在空中的火車，如果有這種火車你敢乘坐嗎？目前許多國家正在發展這種火車。它的名字叫單軌列車，它只有一條架在空中的鐵軌；車廂掛在下面，實際上它比雙軌火車的平衡性要好。單軌列車是一個曾經在沙漠工作過的法國工程師拉爾廷紐為了解決沙土經常掩埋沙漠中的鐵軌而設計出來的。據說他受到沙漠之舟——駱駝背上分掛在兩側的貨物啟發，想到可以將車廂橫跨在鐵軌的兩邊，使重心低于鐵軌，這樣列車就不會翻倒，鐵軌也不會被沙土掩蓋，列車還可以跨過河流、沼澤地區，又不占農田，從空中通過。因此這個設計受到了人們的歡迎。
第2節　二力平衡
完成對應課時內容。
本節由“二力平衡的條件”和“二力平衡條件的應用”兩部分內容組成。教學的重點是二力平衡的條件，關鍵是讓學生經歷探究二力平衡條件的實驗過程。二力平衡條件的應用是本節教學的難點，突破它的關鍵是通過對生活中實例的觀察與分析，引導學生歸納、總結、應用二力平衡的條件。

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