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【2025春人教八下物理精彩课堂（素材+教案）】
8.2 二力平衡
方式一　【情境导入】
播放视频:雨滴下落。
导入语:请同学们观看视频中下落到地表附近的雨滴,它在做什么运动呢
为什么从老师手中掉落的粉笔头(需要同时配合演示实验),做加速运动,而视频中从高空下落到地表附近的雨滴却在做匀速直线运动呢
方式二　【情境导入】
多媒体展示生活中处于平衡状态的一些熟悉的图片(图8 2 1)。
图8 2 1
提出问题:同学们,大家能否联想一下自己日常生活中的例子,哪些物体是平衡的 在物理学中“平衡”这个词究竟是什么含义呢 什么叫平衡状态
好,下面我们就开始探究平衡的奥秘吧!板书课题——《第2节　二力平衡》。
方式三　【视频导入】
播放视频《有趣的二力平衡》(图8 2 2)。
图8 2 2
教师引导:到底什么是平衡 我们又该如何来认识二力平衡、描述二力平衡呢 让我们现在就开始对“二力平衡”进行探究吧。板书课题——《第2节　二力平衡》。
详见电子资源
实验改进:“探究二力平衡的条件”的演示改进
教材探究设计的不足:教材中提到的器材是两端带滑轮的长木板、两端带挂钩的小车、细线及钩码等。学校中这样的小车不多,多个班级不能同时进行分组探究,更重要的是教材实验中对“两个力要同时作用在同一物体上”这一要素没有体现,经过考虑,对实验进行了如下改造。
[改进方法] 在两个支架上各装一个小滑轮,滑轮位置可以上下调整。剪一菱形硬纸板,并在对称的两个顶角上各系一根细线,使其跨过两个滑轮。再在细线的下端挂上钩码,如图8 2 3所示。
图8 2 3
[使用方法] 改变两侧所挂钩码的数量,用以改变物体受力的大小;将硬纸板扭转一个角度,使两个力不在同一直线上,以硬纸板静止与否,表示二力是否平衡。还可将纸板剪开来探究二力平衡条件中“作用在同一个物体上”这一条件。
[中考解读] 本节在中考中常考内容是:①二力平衡及二力平衡条件的探究;②二力平衡在生活中的应用。考查二力平衡时经常与相互作用力结合考查,找到二者的区分点即可解决问题。考查题型一般为选择题、填空题和实验探究题。
[考点对接] 1.平衡状态与平衡力
[源起教材P23]
图8.2 2　物体处于平衡状态
如图8.2 2所示,桌面上的花瓶、天花板上悬挂的吊灯、在平直道路上匀速行驶的汽车,虽然它们都受到力的作用,但却保持静止或匀速直线运动状态。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。
例1　(益阳中考)如图8 2 4所示,人骑在马背上,人和马均处于静止状态。下列说法中正确的是 (　　)
图8 2 4
A.地面对马的支持力和马受到的重力是一对平衡力
B.马对地面的压力和地面对马的支持力是一对平衡力
C.马对人的支持力和人受到的重力是一对相互作用力
D.地面对马的支持力大小等于人和马受到的重力之和
[解析] D　地面对马的支持力和马与人的总重力是平衡力,地面对马的支持力和马受到的重力大小不相等,不是平衡力,故A错误;马对地面的压力和地面对马的支持力是一对相互作用力,故B错误;马对人的支持力和人受到的重力是一对平衡力,故C错误;地面对马的支持力大小等于人和马受到的重力之和,故D正确。
[考点对接] 2.探究二力平衡的条件
[源起教材P24]实验
探究二力平衡的条件
实验思路
要想找到物体在两个力作用下处于平衡状态时两个力之间的关系,应该先想办法在物体上施加两个力使物体平衡,然后在物体平衡时测量这两个力,看看这两个力之间存在怎样的关系。
你准备怎样做这个实验 请你和同学讨论,设计可行的方案。
图8.2 3　探究二力平衡的条件
实验过程
我们可以用如图8.2 3所示的装置进行实验。把小车放在光滑的水平桌面上,向挂在小车两端的托盘里加钩码。观察小车在什么条件下会保持运动状态不变。
1.使两个托盘里的钩码质量不相等;
2.使两个托盘里的钩码质量相等;
3.保持两个托盘里的钩码质量相等,把小车在水平桌面上扭转一个角度后释放;
……
例2 (成都中考)在“探究二力平衡的条件”实验中,同学们设计了如图8 2 5所示的甲、乙两种实验方案。小张同学认为乙方案更合理,理由是乙方案中使用小车时　　　　对实验的影响更小,可以忽略不计。实验中同学们认定小车在水平方向受力平衡,所依据的现象是小车　　　　。
图8 2 5
[答案] 摩擦力　静止
[解析] 乙方案中使用小车时,摩擦力对实验的影响更小;实验中同学们认定小车在水平方向受力平衡,所依据的现象是小车处于静止状态。
[考点对接] 3.二力平衡条件的应用
[源起教材P23]问题
运动员跳伞时,他和伞在空中受到重力和阻力的作用(图8.2 1)。在这两个力的作用下,运动员和伞在某个阶段会沿竖直方向匀速下落。这种情况下,运动员和伞所受的重力和阻力应该有怎样的关系呢
图8.2 1　跳伞
例3　(陇西校级模拟)某同学用水平推力推停在平直公路上的汽车,没能推动,这时推力　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)汽车所受的阻力。正在匀速行驶的汽车,这时发动机提供的动力　　　　(选填“大于”“小于”或“等于”)汽车所受的阻力。刹车后,由于　　　　,车还会继续前进一段距离,车最终停下,是因为　　　　　　　　　。
[答案] 等于　等于　惯性　受到阻力的作用
神奇的平衡
书桌上放着一个不倒翁,浑圆的身体,一张笑眯眯的脸。读书累了,你去逗一下,把它推倒了,可它马上又笑嘻嘻地站起来,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。
如图8 2 6所示,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:一个条件是支持面积的大小,另一个条件是物体重心的高低。
图8 2 6
图8 2 7
图8 2 8
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8 2 7所示,杂技演员始终处于一个不稳定的情况下,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表演,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。其实这种表演倒十分安全,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8 2 8所示,用一根细木棍穿过一小团橡皮泥做身子,木棍算作腿,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。单轨列车是一名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
教 材 解 读 本节涉及的主要内容有三个方面:力的平衡概念、二力平衡的条件及其应用。二力平衡是指物体受两个力作用而保持平衡状态,是物体受力平衡问题中最简单的一种情况,在力学中的地位十分重要,它既是牛顿第一定律的延续,又是今后进一步学习其他力学知识的基础,所以二力平衡知识是联系新旧知识的一个纽带。这部分内容和方法的学习,关系到学生以后会不会进行受力分析,因此,学习这部分知识具有十分重要的意义。
学 习 目 标 物理观念 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.能利用二力平衡条件解决简单的平衡问题。
科学思维 学会从分析一个物体受到几个力到能知道这几个力的平衡关系。
科学探究 经历探究二力平衡的条件的过程,并能够对实验进行评价和改进。
科学态度 与责任 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道理,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愿望,认识交流合作的重要性,有主动与他人合作的精神。
重难 点处 理 重点:二力平衡的条件。建议教师课前准备足够多的实验器材(小卡片、细线、钩码等),课上引导学生针对探究课题独立完成探究过程,然后对实验现象进行分析,进而总结出二力平衡的条件。 难点:对平衡状态的理解。教材中是直接给出平衡状态的概念的。但学生由生活经验和直觉可知:物体静止是平衡状态,而学生对于“做匀速直线运动的物体也处于平衡状态”却没有这种认知。因此建议教师在教学过程中,先由学生根据已有经验得出静平衡,再通过演示实验,发现受平衡力的物体也可以做匀速直线运动,来完善平衡的概念。
合 作 探 究 探究课题:二力平衡的条件。 猜想假设:引导学生从力的三要素方面考虑,猜想二力平衡的条件。 实验器材:表面水平光滑的小桌、小车、质量相等的钩码若干、细线、小盘两个、定滑轮两个。 实验过程:(1)按图组装实验器材。 (2)向两盘中先后加钩码,直到小车静止,观察两盘中钩码质量是否相等。 (3)当小车静止时,保持两盘中钩码质量相等,用手将小车扭转一定角度,松手后观察小车的运动情况。 总结归纳,得出实验结论。 评估交流:为什么选择光滑的水平桌面进行实验 (尽量减小摩擦对实验的影响) 改进方案:为了弥补教材实验的不足(只有一个小车,不能探究同时施力在不同物体上的情况),建议把教材实验器材中的小车改成硬纸板,同时增加一把小剪刀,便于把一个物体变成两个物体;并且把硬纸板支撑起来,使其不再与桌面接触,进一步降低摩擦力对实验的影响。
教 学 反 思 探究二力平衡时,要从易到难、从简单到复杂、从具体到抽象,层层递进,环环扣紧,利用符合学生学习“胃口”的“问题链”,刺激学生的思维,激起学生的思考,激发学生的思路,激触学生的思想,让学生真正成为学习的主人。例如:教师问“处于平衡状态的物体若只受两个力的作用,这两个力是不是在同一直线上”,学生回答“是”,到此还需进一步追问,“你怎么知道这两个力就在同一直线上 怎样判断它们 ”教师提出问题后要善于等待、善于倾听,培养学生善于思考、追根究底的好习惯,等学生回答后,再请学生用直尺进行操作演示,并在纸片上用笔画出两力所在的那条直线。再反问,“如果两个力不在同一直线上又会怎样呢 ”以此打通学生的思路,使学生有序地思考,科学地判别,水到渠成地解决“真问题”,得出“真结论”。
典案一 教学设计①
教师活动 学生活动 设计意图
【导入新课】 播放视频:雨滴下落。 导入语:请同学们观看视频中下落到地表附近的雨滴,它在做什么运动呢 为什么从老师手中掉落的粉笔头(需要同时配合演示实验),做加速运动,而视频中从高空下落到地表附近的雨滴却在做匀速直线运动呢 观察雨滴的运动状态并说明雨滴做匀速直线运动。 观察并思考 通过观察雨滴下落到地表附近时的运动状态,对平衡产生感性的认知,引起学生学习的兴趣。
【探究新知】 一、二力平衡的条件 牛顿第一定律告诉我们,一切物体在没有受到力的作用时,总保持静止状态或匀速直线运动状态。 那么,雨滴能做匀速直线运动说明了什么 由于我们周围的物体都受到力的作用,不受力的物体是不存在的。所以我们把物体在受力的情况下,能保持静止或匀速直线运动状态不变的情况,称为平衡态。处于平衡态的物体,相当于不受力。 思考:下落到地表附近的雨滴受到几个力,这些力有什么特点 教师提供实验器材,并请同学们观察实验器材,并给出探究二力平衡条件的实验方法和步骤。 学生分组实验(根据具体的实验器材,可在线端挂托盘,盘里放钩码,也可直接在线端挂钩码): 教师根据学生的实验设计,与学生讨论的同时进行演示实验并填写实验数据记录表。 小车在水平方向所受二力情况小车运动 状态是否 改变大小方向是否在同 一条直线上不相等相等相等……
教师提出问题:观察、分析总结满足什么条件小车能静止 提问:地表附近的雨滴受到的两个力有什么特点呢 说明雨滴相当于不受力。 理解平衡态的物理意义 思考后回答: 1.下落到地表附近的雨滴除了受重力,还受到一个空气给的阻力,这个力使得重力的作用效果被抵消,而使雨滴做匀速直线运动。 2.重力和阻力的大小相同、方向相反、且都作用在同一个物体的同一条直线上。 实验方法:控制变量法 实验步骤 步骤1:在两线端分别挂上一个钩码,使作用在小车上的两个力方向相反,且在同一条直线上,观察小车是否可以保持静止状态;然后在小车右边的钩码下再加挂一个钩码,观察小车是否可以保持静止状态。 步骤2:将小车左边的钩码移到另一边,使小车受到的力方向相同,观察小车能否保持静止。 步骤3:把小车扭转一个角度,使小车受到的两个拉力不在一条直线上,松手后,观察小车能否保持平衡。 步骤4:用卡片代替小车,将卡片用剪刀剪断,观察卡片是否可以保持静止状态。 把实验条件和现象记录在表格中。 归纳总结。 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,并且在同一条直线上,这两个力就彼此平衡。 八字口诀:同体、等大、反向、共线。 雨滴受到的阻力与重力大小相等、方向相反,作用在同一条直线上,且都作用在雨滴上。 通过让学生自主设计实验,锻炼学生的实验设计能力,加深对实验的理解,同时在实验过程中,互相交流和讨论,增强合作意识。 充分发挥实验在物理教学中的促进作用,帮助学生理解物理概念和规律。从具体形象到抽象概括,由浅入深,符合初中学生的认知规律。
二、二力平衡条件的应用 教师利用问题引导:二力平衡条件在实际中有哪些应用呢 根据物体处于静止状态或匀速直线运动状态,可以分析出作用在物体上的力的大小和方向。 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 引导学生按正确的思路分析回答: ①确定受力对象:电灯; ②对电灯进行受力分析:受重力和电线的拉力; ③电灯处于静止状态,故重力和电线的拉力满足同体、等大、反向、共线这四个二力平衡的条件。所以拉力为5 N,方向竖直向上。 归纳总结: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状态或静止状态。 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状态或静止状态。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,保持匀速直线运动状态。 课堂小结(略) 课堂练习(略) 布置作业(略) 举例说明: (1)放在桌上的书。(重力、支持力平衡) (2)匀速竖直下落的跳伞运动员。(重力、阻力平衡) (3)平直公路上匀速行驶的汽车。(牵引力、阻力、重力、支持力平衡) 观察、讨论交流、得出结论。 通过举例进一步使学生掌握力与运动的关系,同时能培养学生的分析论证能力,锻炼学生思维的缜密性。
温馨提示:为满足广大一线教师的不同教学需求,特新增“典案二　教学设计②”,　
内含多种授课方式不同的教学设计案例,word排版,可编辑加工,方便使用。　
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典案三 导学设计
学点1:平衡状态
阅读教材P23内容,完成下列问题。
问题1:如图8 2 9所示,桌面上的花瓶、天花板上悬挂的吊灯、在平直道路上匀速行驶的汽车,虽然它们都受到力的作用,但却保持静止或匀速直线运动状态。物体受到几个力的作用时,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。
图8 2 9
问题2:如图8 2 10所示,其中图　(a)(b)(c)(d)　中的物体处于平衡状态,图　(e)(f)(g)　中的物体处于非平衡状态。
图8 2 10
学点2:二力平衡的条件
探究课题:探究二力平衡的条件。
实验器材:滑轮两个、钩码多个、两个相同的小盘、小车、细绳、桌子(桌面较为光滑)。
实验步骤:(1)按图8 2 11甲所示组装好实验器材,把小车放在光滑桌面上,两端挂好小盘。
图8 2 11
(2)如图乙所示,向两端的小盘内加钩码(左盘中钩码质量较大),则F1　>　(选填“>”“<”或“=”)F2,观察小车的状态。
(3)如图丙所示,向两端的小盘内加入质量相等的钩码,则F1　=　(选填“>”“<”或“=”)F2,观察小车的状态。
(4)如图丁所示,保持两盘里钩码的质量相等,把小车扭转一个角度,使拉力不在同一条直线上,观察小车的状态;当小车重新恢复到原来的静止状态时,观察两拉力的方向。
实验表格:
小车在水平方向所受二力的情况 小车运动状态是否改变
大小 方向 是否在同一直线上
F1>F2 相反 在同一直线上 　是　
F1=F2 相反 在同一直线上 　否　
F1=F2 相反 不在同一直线上 　是　
实验结论:二力平衡的条件:两个力作用在　同一　物体上,大小　相等　,方向　相反　,并且在同一条　直线上　。
评估交流:实验中,产生误差的因素有:①小车与桌面间的摩擦力;②细绳与滑轮间的摩擦力;③两盘的质量不相等;④桌子没有水平放置等。
实验改进:(1)用木块代替小车　不可行　(选填“可行”或“不可行”),因为木块与桌面间的摩擦力比小车与桌面间的摩擦力　大　,对实验结果　会　(选填“会”或“不会”)造成较大影响。
(2)如图8 2 12所示,用一块小硬纸板代替小车　可行　(选填“可行”或“不可行”),此时　不考虑　(选填“考虑”或“不考虑”)硬纸板的重力,减小了　摩擦力　对实验结果的影响。为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡,将硬纸板　一剪两半　即可。
图8 2 12
学点3:二力平衡条件的应用
应用1:已知一个力的大小和方向,确定另一个力的大小和方向。
应用2:判断物体是否处于平衡状态或寻找使物体处于平衡状态的方法。
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