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第2节　二力平衡
知识与技能：
1．知道平衡状态是指物体处于静止或匀速直线运动状态。
2．知道物体处于平衡状态时所受的力叫平衡力，最简单的平衡情况是二力平衡。
3．理解二力平衡的条件。
4．能判断物体是否处于平衡状态，并能分析哪两个力是一对平衡力。
过程与方法：
1．通过观察分析，知道什么是二力平衡。
2．通过实验探究，知道二力平衡条件及物体在平衡力作用下的运动状态。
情感、态度与价值观：
1．具有对科学的求知欲，乐于探索自然现象和日常生活中的物理学知识，有将科学技术应用于日常生活、社会实践的意识。
2．通过探究与交流，使学生有将自己的见解公开并与他人讨论的意识，认识到交流合作的重要性，有主动与他人合作的精神。
重点：二力平衡的条件。
难点：二力平衡条件的应用。
多媒体课件、小车、砝码、小盘、细绳、固定有滑轮的桌子。
一、情景导入
多媒体展示图片：静止在桌面上的柠檬、做匀速直线运动的汽车、降落伞匀速下降、静止吊在天花板上的电灯等。
　　　　　　
请同学们分析这些物体处于什么状态？受哪些力的作用？牛顿第一定律告诉我们，物体不受力时将保持静止状态或匀速直线运动状态。但以上物体受力了，运动状态仍然保持不变，即能保持静止状态或匀速直线运动状态，这又是怎么回事呢？今天就让我们一起来探究平衡的奥秘吧！
二、合作探究
　平衡状态
(1)除静态平衡外，当物体受到力的作用，保持匀速直线运动的情况也时常见到。如一列火车在一段平直的轨道上匀速行驶，火车受竖直向下的重力和竖直向上的支持力、水平向前的牵引力和向后的阻力。
(2)保持原有运动状态不变叫做平衡，即速度恒定不变的物体就是处于平衡状态。速度恒定不变包括速度恒为零的静止状态，是一种静态的平衡；也包括运动间的平衡，即速度不为零，但大小、方向都不变的匀速直线运动状态。
物体受到几个力作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这几个力相互平衡，物体处于平衡状态。
　二力平衡的条件
物体受两个力作用保持平衡的情况最简单，我们先来探究这种情况。物体受两个力作用一定就能保持静止或匀速直线运动状态吗？如果作用在物体上的力只有两个，且物体处于平衡状态，这两个力应该满足什么样的条件呢？
(1)猜想与假设
让学生猜想在什么条件下二力平衡。(可能与作用力的大小、方向、作用位置……有关)
(2)制订实验计划、设计实验
学生根据桌上所准备的实验装置，如图所示(还有若干质量相等或不等的砝码)，自己设计实验探究二力平衡时，两个力的大小、方向、作用点应该有什么关系。各实验小组交流设计的实验方案，并对自己设计的方案进行修改。
(3)学生分组实验
实验方法：在两边小盘中放质量相等的砝码，使小车受到大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力。小车处于平衡(静止)状态，改变小车的受力情况：
①改变其中一边小盘里砝码的质量，使小车受到的力大小不等。
②将其中一边小盘里的砝码全部移到另一边，使小车受到的力方向相同。
③转动小车，使小车受到的力不在同一直线上。
将实验条件和现象记录在表格中。
小车所受二力情况 小车运动情况(静止与否)
大小 方向 是否在一条直线上
……
　　(4)分析与论证
引导学生分析，哪些情况下小车不能保持静止，哪些情况下小车能保持静止，从而得出结论。
学生归纳总结，得出结论：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。
(5)评估
可以向学生指出，小车在水平方向还会受到摩擦阻力，但实验中这个阻力很小，与拉力相比可以忽略。
二力平衡的条件：作用在同一个物体上的两个力，大小相等，方向相反，且作用在同一条直线上。“八字口诀”：同体、等值、反向、共线。
　二力平衡条件的应用
如图所示，吊在空中重5 N的电灯(如图所示)静止不动时，电线对它的拉力是多大？
　　
同学们交流讨论上述问题，教师引导分析：①确定研究对象：电灯；②对电灯进行受力分析：重力、拉力；③两个力的关系：互相平衡(大小相等，方向相反，在同一直线上)。拉力是5 N，方向竖直向上。
多媒体展示下列事例，学生分析物体受到的力，通过事例分析加深对二力平衡的理解与应用。
(1)放在桌上的书。(重力、支持力)
(2)匀速下落的跳伞运动员。(重力、阻力)
(3)平直公路上匀速行驶的汽车。(水平方向上的牵引力和阻力、竖直方向上的重力和支持力)
根据物体的受力情况判断物体的运动状态：
①物体不受力，应保持匀速直线运动或静止状态；
②物体受一个力，运动状态发生改变(这是力产生的效果)；
③物体受力平衡时，应保持匀速直线运动或静止状态(静止的物体受平衡力时，仍然保持静止；运动的物体受平衡力时，仍然保持匀速直线运动)。
一对平衡力和一对相互作用力的异同：相同点是都满足大小相等，方向相反，作用在同一直线上。不同点是一对平衡力是作用在“同一”物体上的力，而一对相互作用力是分别作用在“不同”物体上的力；两个力，只要不是作用在同一物体上，就不可能是平衡力；两个力中，发生作用的物体只要出现第三个，就不可能是相互作用力。
神奇的平衡
甲
书桌上放着一个不倒翁，浑圆的身体，一张笑眯眯的脸。书读累了，你去逗一下，把它推倒了，可它马上又笑嘻嘻地站起来(如图甲)，好倔强的脾气。
让我们就从这个倔强的不倒翁，开始说说在我们身边的物理知识吧！
不倒翁告诉我们一个非常有用的物理知识，就是物体怎样才能平衡。
一本书竖在桌子上，轻轻地用手一推，“啪”的一声便倒在桌子上，而不倒翁被推倒了却又能站起来。这就是说，不同物体的平衡是有区别的。一个物体竖立在水平面上，轻轻地推一下，它晃了几下又重新立稳，这种平衡叫稳定平衡；如果轻轻地一碰就倒，叫做不稳定平衡。不倒翁是稳定平衡的例子，立在桌面上的书本、铅笔等是不稳定平衡的例子。
不倒翁不倒的秘密在于它肚子底下的那个大泥坨，使不倒翁和桌子之间有一个很大的支持面，大泥坨还使不倒翁的重心降得很低，所以不倒翁特别稳定，倒了还能自己再站起来。立在桌面上的书则不同，它的支持面非常狭窄，重心又很高，所以一碰就倒。因此，看一个物体是否稳定有两个条件：一个条件是支持面面积的大小，另一个条件是物体重心的高低。
走钢丝的杂技节目很惊险，是由于观众总害怕演员摔下来。如图乙所示，杂技演员始终处于一个不稳定的情况，演员必须不断小心地调整自己身体的姿势，保持身体的平衡，才能顺利地通过钢丝。
有一种看上去更加惊险的摩托车走钢丝，摩托车不仅在钢丝上行驶，而且车身的下面还挂着一个沉重的车厢，坐在车厢里的演员还做出多种高难度动作，看上去更加惊险。其实这个节目倒十分安全，因为挂在下面的车厢使整体的重心下降到钢丝绳的下面，成为一种十分稳定的平衡。
这个道理可以用下面的实验来证明：用橡皮泥或抹窗户缝的油灰(腻子)做一个走钢丝的小人。如图丙所示，用一根细木棍穿过一小团橡皮泥做身子，木棍当做腿，刻上一个小槽正好镶在铁丝上，然后把两个长铁钉斜着对称地插在橡皮泥做的身子上。绷紧铁丝，把小人放在上面，由于插了两个大铁钉，小人整体的重心就落在铁丝的下面，不管你如何摇晃抖动铁丝，小人都不会跌落下来。
所以悬挂是一种最稳定的平衡。过去汽车大赛的时候，由于赛车车速太快，常常发生车翻人亡的悲惨事故。如今设计出一种新型的“低悬挂”型赛车，车轱辘很高，车厢很低，使汽车的重心落在车轴的下面，等于把车身挂在了车轴的下面，所以把这种赛车弄翻很不容易。
你也许没有看到过悬挂在空中的火车，如果有这种火车你敢乘坐吗？目前许多国家正在发展这种火车。它的名字叫单轨列车，它只有一条架在空中的铁轨；车厢挂在下面，实际上它比双轨火车的平衡性要好。单轨列车是一个曾经在沙漠工作过的法国工程师拉尔廷纽为了解决沙土经常掩埋沙漠中的铁轨而设计出来的。据说他受到沙漠之舟——骆驼背上分挂在两侧的货物启发，想到可以将车厢横跨在铁轨的两边，使重心低于铁轨，这样列车就不会翻倒，铁轨也不会被沙土掩盖，列车还可以跨过河流、沼泽地区，又不占农田，从空中通过。因此这个设计受到了人们的欢迎。
第2节　二力平衡
完成对应课时内容。
本节由“二力平衡的条件”和“二力平衡条件的应用”两部分内容组成。教学的重点是二力平衡的条件，关键是让学生经历探究二力平衡条件的实验过程。二力平衡条件的应用是本节教学的难点，突破它的关键是通过对生活中实例的观察与分析，引导学生归纳、总结、应用二力平衡的条件。

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