資源簡介

第八章 運動和力
第2節 二力平衡
設計說明
關于平衡狀態和平衡力的教學，由牛頓第一定律入手，它告訴我們物體在不受力時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，但實際生活中不受力的物體是沒有的，為什么還有物體處于靜止和勻速直線運動狀態，然后引導學生從物體受力分析入手，引入理解物體的平衡狀態和平衡力。
在“二力平衡”的教學中，建立讓學生經歷探究二力平衡條件的實驗過程，要求學生通過探究二力平衡的條件，對實驗結果進行分析、歸納、概括，從而得出二力平衡的條件。實驗前可以讓學生結合自己的猜想嘗試設計實驗，然后按教材進行實驗。實驗時要讓學生明確操作的主要步驟，提醒學生注意及時記錄觀察結果。
二力平衡條件得出以后，再通過對生活中實例的觀察與分析，引導學生歸納、總結、應用二力平衡條件。通過具體的實例，引導學生分析物體的受力情況，幫助學生認識二力平衡的條件。對于處于二力平衡狀態的物體，已知一個力的大小和方向，根據二力平衡條件，就可以確定與之平衡的另一個力的大小和方向。教師要注意引導學生用二力平衡的條件解釋一些生活現象，可以結合實例，邊畫力的示意圖邊講解分析，從而培養學生應用知識解決實際問題的能力。
教學目標
1.通過生活實例認識平衡狀態、平衡力，并且會判斷物體所處狀態。
2.通過觀察演示實驗（或實驗探究）二力平衡的條件，培養學生對信息的收集、處理能力。
3.通過對物體平衡知識的學習，能加以運用解決實際問題。
4.通過平衡知識能領略自然現象中的美妙與和諧，培養對大自然的熱愛。
教學重點難點
1.重點：通過實驗探究，知道二力平衡及物體在平衡力的作用下的運動狀態；知道一對平衡力與一對相互作用力的區別。
2.難點：學生設計實驗探究二力平衡的條件。
教具
學生用：每組鐵架臺2個、滑輪2個、硬紙片1個、鉤碼6個、細繩2條、剪刀1把。
教師用：鐵架臺2個、滑輪2個、硬紙片1個、鉤碼6個、細繩2條、剪刀1把。
教學過程
回顧思考
1.力的作用效果：力可以使物體發生形變，也可以改變物體的________。
2.牛頓第一定律的內容是什么？
3.物體間的相互作用力又稱為作用力與反作用力，作用力與反作用力大小________，方向________，作用在同一________上，但兩個力作用在不同物體上。
導入新課
1.多媒體導入
多媒體畫面1：（如圖）
教師：同學們看圖片中靜止的滑冰運動員，你想到了什么？有什么疑問？
引導學生回答運動員處于靜止狀態，運動員受到了力的作用，即物體受到力的作用也能處于平衡狀態。
多媒體畫面2：（如圖）
教師：同學們看圖片中勻速直線上升的熱氣球，你想到了什么？有什么疑問？
引導學生回答熱氣球處于勻速直線運動狀態，熱氣球受到了力的作用，即物體受到力的作用也能處于平衡狀態。
教師：那么受力的物體仍然處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，它們受到的力滿足什么樣的條件？今天我們共同來探討這個問題。
2.情景導入
教師：同學們乘坐過廂式電梯吧，當你進入電梯等候啟動時，你處于靜止狀態，此時你受到幾個力的作用？當你隨電梯勻速升降時，又受到幾個力的作用？力的大小有變化嗎？
學生：討論交流。
教師：今天，我們就來探究物體在靜止和勻速直線運動時的受力情況。
3.復習導入
復習提問：上一節學習的牛頓第一定律的內容是什么？
回顧回答：一切物體在沒有受到力的作用時，總保持靜止或勻速直線運動狀態。
教師：同學們見到過我們周圍有不受力的物體嗎？靜止的物體或做勻速直線運動的物體受不受力的作用？舉例說明。
學生：懸掛著的日光燈，平直公路上停著的汽車……
教師：為什么這些物體受力也會靜止呢？帶著這個問題進入這節的學習。
進行新課
探究點一　二力平衡狀態
1.多媒體展示：靜止在平直公路上的小汽車和在平直的公路上勻速直線行駛的小汽車。
學生觀察圖片及視頻，回答下列問題：
①據牛頓第一定律可知小汽車在不受力的情況下，會______ __。
②多媒體中，靜止在平直公路上的小汽車受力嗎？______；如果受力，會受哪些力？________。
③多媒體視頻中的在平直公路上勻速直線行駛的小汽車受力嗎？________；如果受力，會受哪些力？______。
④小汽車受到了力的作用是否呈現出了不受力的效果？這時候物體處于什么狀態？受的這些力是什么力？
2. 自主學習、交流討論
歸納總結：物體受力的作用時，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，是平衡力，物體處于平衡狀態。
教師：什么叫二力平衡？
提示：當物體在兩個力的作用下處于平衡狀態時，這兩個力相互平衡，即二力平衡。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例1　下列實例中，物體受到平衡力作用的是（　　）
A.正在圓軌道上轉圈的過山車
B.減速進站的火車
C.加速上升的火箭
D.在馬路上勻速直線行駛的轎車
解析：過山車在圓軌道上運行時，速度發生變化，所以過山車受力不平衡；減速進站的火車速度在減小，所以減速進站的火車受力不平衡；火箭加速上升，速度增大，所以火箭受力不平衡；汽車做勻速直線運動，處于平衡狀態，故受平衡力作用，所以D選項正確。　　
答案：D
規律總結：物體處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，受到的一定是平衡力。
探究點二　探究二力平衡的條件
教師：思考物體在兩個力的作用下要處于平衡狀態，這兩個力必須滿足什么條件呢？
實驗：利用小卡片，探究二力平衡的條件。
教師：力有三要素，分別是什么？
提示：大小、方向、作用點。
教師：影響因素較多的情況下，我們應該采用什么方法呢？
提示：控制變量法、放大轉換法、模型法等。
視頻：演示實驗。（通過視頻讓學生進一步加深印象，找出實驗中注意的問題）
學生實驗、教師巡視并進行點撥
（1）研究兩個力的大小和方向對物體平衡的影響
如圖所示，將系于小卡片兩對角的細線分別跨過左、右兩個滑輪后，在兩線端掛上鉤碼，觀察小卡片運動狀態的變化。
（2）研究不在同一直線上的兩個力對物體平衡的影響
把小卡片轉過一個角度，然后松開手，觀察小卡片運動狀態的變化。
（3）研究不在同一物體上的兩個力對物體平衡的影響
用剪刀把小卡片從中間剪開，然后再松手，觀察小卡片運動狀態的變化。
實驗現象：當兩線端所掛鉤碼質量相等時，小卡片靜止；當兩線端所掛鉤碼質量不等時，小卡片運動；把小卡片轉過一個角度，再松手時，小卡片轉動；用剪刀把小卡片從中間剪開，再松手時，小卡片運動。
（4）實驗分析：
小卡片總共受到三個力，由于小卡片的重力遠小于拉力，所以重力可以忽略不計，這就是理想化的實驗方法。
共同總結：作用在同一物體的兩個力大小相等、方向相反，且作用在同一條直線上，這兩個力就是一對平衡力。
3.視頻：利用小車研究二力平衡。
教師：你認為這兩種研究方法哪一種更好一點呢？為什么？
讓學生小組討論（加強合作意識）。
引導學生從摩擦對實驗的影響方面考慮，利用小車做實驗，桌面對小車的阻礙較大，阻力不可忽略，所以小車在水平方向受三個力，不便于研究二力平衡。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例2　如圖所示，在下列物體受力的示意圖中，物體能處于平衡狀態的是（　　）
A B C D
解析：題圖C中的兩個力符合二力平衡的條件：作用在同一物體上的兩個力，大小相等，方向相反，作用在同一直線上。題圖A中的兩個力分別作用在兩個物體上，題圖B中的兩個力不在同一直線上，題圖D中的兩個力大小不相等。　　
答案：C
例3　在“探究二力平衡的條件”的實驗中。
（1）如果物體只受到兩個力的作用，且處于________狀態，說明這兩個力是相互平衡的。由此，小明提出，能否利用如圖所示的實驗裝置來探究二力平衡的條件？
（2）小華認為，若采用小明的方案，必須測出物體所受的________和________的大小來進行比較。研究發現，在小明的方案中，只能根據相互作用的關系直接測出________的大小，在未知二力平衡條件的前提下，另一個力無法直接測量，所以這一方案無法實施下去。
（3）為此，兩位同學不斷改進并先后設計了三個實驗方案，如圖所示，請你判斷出他們改進的先后順序：________（用字母表示），這樣的改進是為了減小________對實驗的影響。
　　
A　　　　　　　　　　B　　　　　　　C
（4）如圖，是最終確認的實驗方案。此方案中，由于________，故卡片的重力可忽略不計。
解析：（1）當物體處于靜止或勻速直線運動狀態時，物體受到的力相互平衡。（2）彈簧測力計測得的重力等于彈簧測力計的示數，彈簧測力計的示數等于物體對彈簧測力計的拉力，物體對彈簧測力計的拉力和彈簧測力計對物體的拉力是一對相互作用力，所以用彈簧測力計測物體的重力屬于間接測量，在未知二力平衡條件的前提下，只能測出拉力的大小，重力無法直接測量。（3）A圖中小車和桌面之間的摩擦力比B圖中的物塊受到的摩擦力小得多，C圖中只有滑輪間的摩擦，小車不再受摩擦力，由此可知，是為了減小摩擦力對實驗的影響，改進的先后順序應為BAC。（4）圖丙所示的是最終確認的實驗方案，此方案中，卡片的重力遠小于鉤碼的重力，故卡片的重力可忽略不計。
答案：（1）靜止或勻速直線運動　（2）重力　拉力　拉力　（3）BAC　摩擦力　（4）卡片的重力遠小于鉤碼的重力
探究點三　二力平衡條件的應用
1.圖片：地面上靜止的棋子。（如圖）
教師：請分析棋子受到幾個力的作用，這些力之間的關系如何。
安排學生小組討論。
2.視頻：高空走鋼絲。（如圖）
教師：演員是如何控制自己，不讓自己倒下的？
引導歸納：演員總是不斷調整自己的重心，使重力作用線豎直向下通過鋼絲，這樣演員才能在重力和支持力的作用下處于平衡狀態。即他受到的重力、支持力是一對平衡力，他的運動狀態不變。
3.引申
教師：請同學們做出疊石中上方石頭的受力示意圖。（如圖）
4.多媒體展示：多展示幾幅圖，圖中哪兩個力是一對平衡力？
視頻：直升機懸停在空中。（如圖）
教師：直升機受到幾個力的作用，其關系是什么？
引導歸納：受到兩個力的作用，重力G和升力N，直升機處于靜止狀態，所以重力G和升力N是平衡的，這兩個力一定滿足二力平衡的條件，大小相等、方向相反，作用在同一條直線上。
歸納總結：二力平衡條件的應用可以從兩方面去掌握：
（1）根據物體處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，可以分析出作用在物體上的力的大小和方向。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例4　（2019·安徽中考）如圖所示，物塊甲和乙處于靜止狀態。已知甲重12 N，乙重8 N，不計繩重及一切摩擦，則甲受到地面的支持力為________。
解析：因為甲、乙均靜止，所以均受力平衡。乙受到重力和繩子的拉力，這兩個力是一對平衡力，所以繩子對乙的拉力為8 N。甲受到重力、繩子的拉力以及地面對甲的支持力，甲受到的重力大小等于繩子對甲的拉力和地面對甲的支持力之和。而繩子對甲的拉力大小等于繩子對乙的拉力大小，所以地面對甲的支持力FN=12 N-8 N=4 N。　　
答案：4 N
（2）根據物體的受力情況判斷物體的運動狀態。
①物體不受力，應保持靜止狀態或勻速直線運動狀態。②物體受一個力，運動狀態發生改變，這是力產生的效果。③物體受平衡力時，應保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，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。例如，火車在平直的軌道上行駛，在豎直方向上重力和支持力平衡，如果牽引力大于阻力，火車將加速；如果牽引力小于阻力，火車將減速；如果牽引力和阻力相等，水平方向二力平衡，火車將勻速直線前進。
例題講解：（學生先練習，若有問題，教師補充講解）
例5　（2019·山東棗莊中考）如圖，在拉力F=10 N的作用下，物體沿水平面向右做勻速直線運動，物體受到的摩擦力是________N；當撤去拉力F時，物體將________，此時，假設重力突然消失，在不計空氣阻力的情況下，物體將________（以上兩空選填“保持靜止狀態”“做減速直線運動”或“做勻速直線運動”）。
解析：在拉力F=10 N的作用下，物體沿水平面向右做勻速直線運動，由于物體受到的摩擦力與拉力是一對平衡力，故摩擦力為10 N；當撤去拉力F時，物體只受摩擦力的作用，受力不平衡，故物體將做減速運動，此時，假設重力突然消失，此時壓力消失，摩擦力也消失，物體在水平方向上不受力的作用，在不計空氣阻力的情況下，物體由于慣性，將保持勻速直線運動。
答案：10　做減速運動　做勻速直線運動
5.請同學們課后思考，一對平衡力和一對相互作用力有哪些異同點？
課堂小結
本節課我們主要學習了：
1.什么是平衡狀態；
2.什么是力的平衡；
3.二力平衡的條件；
4.二力平衡條件的應用。
其中二力平衡的條件是重點，較難掌握的是二力平衡條件的應用，大家課下要多多練習。為檢驗本節課的學習效果，請完成“ 當堂達標”測試題。
當堂達標
1.在下列事例中，受平衡力作用的物體是（　　）
A.正在圓形軌道上運動的過山車
B.騰空而起加速上升的火箭
C.減速進站的火車
D.正在勻速上升的電梯
2.如圖所示，給四個靜止的物體同時施加方向相反的力F1和F2的作用，其中能繼續保持靜止的物體是（　　）
A B C D
3.（2019·湖南株洲中考）一消防員進行徒手爬繩訓練。當他雙手握住繩索豎直勻速上攀時，繩索對他的摩擦力大小和方向分別是（　　）
A.小于消防員的重力、豎直向上
B.等于消防員的重力、豎直向上
C.大于消防員的重力、豎直向上
D.大于消防員的重力、豎直向下
4.（2019·江蘇無錫中考）如圖所示，在“探究二力平衡的條件”時，選質量為10 g的卡片作為研究對象。在線的兩端分別掛上等質量的重物，對卡片施加兩個拉力。為探究這兩個力滿足什么條件才能平衡，則所掛重物質量合適的是（　　）
A.5 g B.10 g
C.200 g D.任意質量均可
5.畫出小明乘電梯勻速上升時的受力示意圖。
6.（江蘇泰州中考）利用如圖所示器材“探究二力平衡的條件”。
（1）將卡片上的兩根線跨放在支架的滑輪上，并在兩個線端分別掛上鉤碼，使作用在卡片上的兩個拉力方向相反，且在一條直線上。當卡片平衡時，從鉤碼質量看，卡片兩邊所受的拉力________。
（2）為觀察不在同一直線上的兩個力是否能平衡，可用手將卡片________，釋放時觀察其是否保持平衡。
（3）在卡片平衡時，用剪刀將卡片從中間剪開，并觀察隨之發生的現象。由此可以得到二力平衡的又一個條件是______ __。
（4）該實驗在選擇卡片時，選用較輕卡片的目的是____ ____。
布置作業
教材第22頁“動手動腦學物理”第1至4題。
板書設計
參考答案
1.D　解析：受平衡力作用的物體會保持靜止或勻速直線運動狀態。在圓形軌道上運動的過山車，運動方向時刻在變；加速上升的火箭，速度越來越大；減速進站的火車，速度越來越小；勻速上升的電梯做的是勻速直線運動，它受到的重力和拉力是一對平衡力。
2.B
3.B　解析：握住繩索勻速上攀時，消防員處于平衡狀態，豎直方向上消防員受到的重力和摩擦力是一對平衡力；因為重力的方向豎直向下，所以繩索對他的摩擦力方向豎直向上，摩擦力大小等于他的重力，故B正確。
4.C　解析：所掛重物質量太小，實驗現象不明顯；所掛重物質量太大，摩擦太大，對實驗影響較大，故選C。
5.如圖所示。
解析：因為小明站在電梯內，所以受重力和支持力的作用，電梯勻速上升，小明所受重力和支持力是一對平衡力，大小相等，方向相反，過重心作豎直向下的力（即重力）和豎直向上的力（即支持力）。
6.（1）大小相等　（2）旋轉一個角度　（3）作用在同一個物體上　（4）卡片的重力可忽略
教學反思
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