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7.5 运动和力
一、力与运动的关系：从困惑到清晰
力和运动的关系是物理学中的核心问题之一。早在两千多年前，亚里士多德就认为 “力是维持物体运动的原因”，这一观点曾长期主导人们的认知。直到伽利略通过实验提出 “力是改变物体运动状态的原因”，才逐渐揭开了力与运动关系的真相。牛顿在总结前人研究的基础上，进一步完善了这一理论。本节课我们将深入探讨力与运动的关系，学习二力平衡的条件，理解平衡状态下物体的受力特点。
二、物体的运动状态：速度的变化
（一）运动状态的定义
物体的运动状态是指物体运动的速度大小和运动方向。物体的运动状态可以用速度来描述，速度的大小或方向发生改变，都意味着物体的运动状态发生了变化。例如：
汽车在平直公路上加速行驶，速度大小增大，运动状态发生改变。
汽车在转弯时，速度方向改变，运动状态发生改变。
物体从静止开始运动，速度从 0 变为某一数值，运动状态发生改变。
物体做匀速圆周运动时，速度方向不断改变，运动状态也在不断改变。
（二）力对运动状态的影响
力是改变物体运动状态的原因，而不是维持物体运动状态的原因。当物体受到力的作用时，其运动状态可能发生以下变化：
速度大小改变：物体受力后加速或减速。例如，推静止的箱子，箱子受力后速度增大；刹车时，汽车受力后速度减小。
速度方向改变：物体受力后运动方向发生变化。例如，用绳子拉着小球在水平面上做圆周运动，绳子的拉力使小球的运动方向不断改变；足球被运动员踢飞后，重力和空气阻力使足球的运动轨迹发生弯曲。
速度大小和方向同时改变：例如，斜抛出去的物体，在重力作用下，速度的大小和方向都在不断变化。
如果物体不受力或受到的合力为零，物体的运动状态将保持不变，即静止的物体保持静止，运动的物体保持匀速直线运动状态（牛顿第一定律）。
三、二力平衡：物体保持平衡状态的条件
（一）平衡状态的定义
物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，叫做平衡状态。例如：
静止在桌面上的书本，处于平衡状态。
在平直公路上匀速行驶的汽车，处于平衡状态。
悬挂在天花板上的吊灯，处于平衡状态。
（二）二力平衡的条件
当物体在两个力的作用下处于平衡状态时，这两个力叫做平衡力。二力平衡需要满足以下四个条件：
作用在同一物体上：两个力必须作用在同一个物体上，否则它们不会相互平衡。例如，人推桌子时，人对桌子的推力和桌子对人的反作用力，虽然大小相等、方向相反、作用在同一直线上，但它们作用在两个不同的物体上，不是平衡力。
大小相等：两个力的大小必须相等。例如，静止在桌面上的书本，受到的重力和支持力大小相等，才能保持静止。
方向相反：两个力的方向必须相反。例如，书本受到的重力竖直向下，支持力竖直向上，方向相反。
作用在同一直线上：两个力必须作用在同一条直线上。例如，书本受到的重力和支持力都沿竖直方向，作用在同一直线上。
二力平衡的条件可以简记为：“同体、等大、反向、共线”。
（三）二力平衡条件的探究实验
实验目的：探究二力平衡的条件。
实验器材：两端带滑轮的木板、小车、细绳、钩码、托盘。
实验步骤：
将小车放在水平木板上，两端通过细绳绕过滑轮连接托盘。
在两个托盘里放数量相同的钩码，观察小车的运动状态（静止）。
改变其中一个托盘里钩码的数量，使两个托盘里的钩码数量不同，观察小车的运动状态（向钩码多的一侧运动）。
保持两个托盘里的钩码数量相同，将小车扭转一个角度，使两个拉力不在同一直线上，观察小车的运动状态（转动）。
恢复小车的位置，使两个拉力在同一直线上，观察小车的运动状态（静止）。
实验现象与结论：
当两个拉力大小相等、方向相反、作用在同一直线上时，小车保持静止（平衡状态）。
当两个拉力大小不相等、或方向不相反、或不在同一直线上时，小车的运动状态发生改变（不平衡）。
实验表明，二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
（四）二力平衡与相互作用力的区别
二力平衡和相互作用力（作用力与反作用力）都满足大小相等、方向相反、作用在同一直线上，但它们有本质的区别：
作用对象不同：二力平衡的两个力作用在同一个物体上；相互作用力的两个力作用在两个不同的物体上。
受力物体的运动状态不同：二力平衡时，物体处于平衡状态；相互作用力与物体的运动状态无关。
力的性质不同：相互作用力一定是同种性质的力（如都是弹力、都是摩擦力等）；二力平衡的两个力可以是不同性质的力（如重力和支持力）。
例如，放在桌面上的书本：
书本受到的重力和桌面对书本的支持力是二力平衡，它们作用在书本上，使书本保持静止。
书本对桌面的压力和桌面对书本的支持力是相互作用力，它们分别作用在桌面和书本上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
四、平衡状态下物体的受力分析
（一）静止状态下的受力分析
静止的物体处于平衡状态，受到的合力为零。分析静止物体的受力时，应找出物体受到的所有力，然后判断这些力是否平衡。例如：
静止在水平桌面上的物体：受到竖直向下的重力\( G \)和竖直向上的支持力\( N \)，这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，是一对平衡力，合力为零。
静止在斜面上的物体：受到竖直向下的重力\( G \)、垂直于斜面向上的支持力\( N \)和沿斜面向上的静摩擦力\( f \)，这三个力的合力为零，物体处于平衡状态。
（二）匀速直线运动状态下的受力分析
做匀速直线运动的物体也处于平衡状态，受到的合力为零。例如：
在水平面上匀速行驶的汽车：水平方向受到向前的牵引力\( F \)和向后的阻力\( f \)，这两个力是一对平衡力（\( F = f \)）；竖直方向受到重力\( G \)和支持力\( N \)，这两个力是一对平衡力（\( G = N \)），汽车受到的总合力为零。
匀速上升的气球：竖直方向受到向上的浮力\( F_{\text{ }} \)、向下的重力\( G \)和向下的空气阻力\( f \)，这三个力的合力为零（\( F_{\text{ }} = G + f \)）。
五、力与运动关系的应用
（一）利用平衡状态解决实际问题
测量物体的重力：用弹簧测力计测量物体的重力时，物体静止，受到的拉力和重力是一对平衡力，弹簧测力计的示数等于物体的重力。
设计稳定的结构：在建筑设计中，要确保建筑物受到的力处于平衡状态，以保证建筑物的稳定。例如，桥梁的桥墩需要承受桥面的重力和车辆的压力，同时受到地基的支持力，这些力必须平衡才能保证桥梁的安全。
（二）分析物体运动状态的变化
根据物体的受力情况，可以判断物体运动状态的变化：
合力为零：物体处于平衡状态，保持静止或匀速直线运动。
合力不为零：物体的运动状态发生改变，即速度的大小或方向发生变化。
合力方向与物体运动方向相同：物体做加速运动。
合力方向与物体运动方向相反：物体做减速运动。
合力方向与物体运动方向不在同一直线上：物体的运动方向发生改变（做曲线运动）。
例如：
汽车启动时，牵引力大于阻力，合力向前，汽车加速前进。
汽车刹车时，阻力大于牵引力，合力向后，汽车减速前进。
抛出的篮球，受到竖直向下的重力，合力方向与运动方向不在同一直线上，篮球做曲线运动。
（三）解释生活中的现象
汽车转弯时乘客的倾斜：汽车转弯前，乘客与汽车一起向前运动；转弯时，汽车受到向心力的作用改变运动方向，而乘客由于惯性保持原来的运动方向，因此身体会向转弯的外侧倾斜。
匀速上升的电梯：电梯匀速上升时，乘客受到的重力和支持力是一对平衡力，合力为零，因此乘客感觉不到电梯在加速或减速。
用手推桌子：用较小的力推桌子，桌子不动，是因为推力等于静摩擦力，二力平衡；用较大的力推桌子，推力大于最大静摩擦力，桌子开始运动，运动状态发生改变。
六、典型例题分析
例题 1：二力平衡的判断
下列四对力中，属于平衡力的是（ ）
A. 人推墙的力和墙对人的力
B. 汽车受到的重力和汽车对地面的压力
C. 静止在桌面上的书本受到的重力和桌面对书本的支持力
D. 物体受到的重力和物体对地球的吸引力
分析：
A 选项中，人推墙的力和墙对人的力作用在两个物体上，是相互作用力，不是平衡力。
B 选项中，汽车受到的重力作用在汽车上，汽车对地面的压力作用在地面上，两个力作用在不同物体上，不是平衡力。
C 选项中，书本受到的重力和桌面对书本的支持力，作用在同一物体上，大小相等、方向相反、作用在同一直线上，是平衡力。
D 选项中，物体受到的重力和物体对地球的吸引力作用在两个物体上，是相互作用力，不是平衡力。
答案：C
例题 2：平衡状态下的受力分析
一个重 50N 的物体静止在水平桌面上，受到水平向右的拉力 10N 和水平向左的摩擦力 10N，物体在水平方向和竖直方向分别处于什么状态？受到的合力分别是多少？
分析：
水平方向：物体受到拉力 10N 和摩擦力 10N，两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，是一对平衡力，水平方向合力为 0。
竖直方向：物体受到重力 50N 和支持力 50N，两个力是一对平衡力，竖直方向合力为 0。
物体在水平和竖直方向的合力都为 0，因此物体处于平衡状态（静止）。
答案：物体在水平方向和竖直方向都处于平衡状态，水平方向合力为 0，竖直方向合力为 0。
例题 3：力与运动状态的关系
一辆汽车在平直的公路上行驶，下列说法正确的是（ ）
A. 汽车加速行驶时，牵引力大于阻力
B. 汽车匀速行驶时，牵引力大于阻力
C. 汽车减速行驶时，牵引力大于阻力
D. 汽车停止时，牵引力为零，阻力也为零
分析：
汽车加速行驶时，运动状态改变，合力向前，因此牵引力大于阻力，A 选项正确。
汽车匀速行驶时，处于平衡状态，牵引力等于阻力，B 选项错误。
汽车减速行驶时，合力向后，因此牵引力小于阻力，C 选项错误。
汽车停止时，牵引力为零，但如果汽车有滑动趋势，可能受到静摩擦力，D 选项错误。
答案：A
七、课堂实验：探究二力平衡的条件
（一）实验目的
探究二力平衡的条件，加深对平衡状态的理解。
（二）实验器材
小车、两端带滑轮的木板、细绳、钩码、托盘、剪刀。
（三）实验步骤
将小车放在水平木板上，用细绳将小车两端分别绕过滑轮连接托盘，在两个托盘里放入数量相同的钩码，观察小车是否静止。
增加其中一个托盘里的钩码数量，使两个托盘里的钩码数量不同，观察小车的运动状态。
保持两个托盘里的钩码数量相同，将小车扭转一个角度，使两个拉力不在同一直线上，观察小车的运动状态。
用剪刀剪断其中一根细绳，观察小车的运动状态。
（四）实验现象
步骤 1 中，小车静止。
步骤 2 中，小车向钩码多的一侧运动。
步骤 3 中，小车转动，直到两个拉力在同一直线上才静止。
步骤 4 中，小车向另一个托盘一侧运动。
（五）实验结论
二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反、作用在同一直线上。当二力平衡时，物体处于平衡状态；当二力不平衡时，物体的运动状态发生改变。
八、课堂小结
运动状态：物体的运动状态由速度大小和方向决定，速度大小或方向改变，运动状态就改变。
力与运动的关系：力是改变物体运动状态的原因，不是维持物体运动状态的原因。
平衡状态：物体静止或匀速直线运动的状态叫做平衡状态，平衡状态下物体受到的合力为零。
二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，大小相等、方向相反、作用在同一直线上（同体、等大、反向、共线）。
二力平衡与相互作用力的区别：二力平衡作用在同一物体上，相互作用力作用在两个物体上。
九、课堂练习
下列物体中，处于平衡状态的是（ ）
A. 正在加速行驶的汽车 B. 正在转弯的自行车 C. 静止在桌面上的杯子 D. 自由下落的苹果
二力平衡的条件是：作用在同一物体上的两个力，大小______、方向______、作用在______上。
静止在水平桌面上的物体，受到的重力是 5N，桌面对物体的支持力是______N，这两个力是一对______力。
一辆汽车在平直的公路上匀速行驶，受到的牵引力是 2000N，汽车受到的阻力是多少？汽车在竖直方向受到的重力和支持力是什么关系？
十、课后作业
完成课本上的相关练习题。
分析生活中 3 个处于平衡状态的物体，指出它们受到的力，并说明这些力是如何平衡的。
设计一个实验，区分二力平衡和相互作用力，写出实验方案和预期现象。
查阅资料，了解航天器在太空中的运动状态，分析太空中的物体是否处于平衡状态，为什么？
2024沪粤版物理八年级下册
7.5 运动和力
第七章 运动和力
授课教师： . 班 级： . 时 间： .
通过实验探究二力平衡的条件。（重点）
02
理解平衡状态，知道什么是二力平衡。（重点）
01
章末力与运动的关系。（难点）
03
高铁在做什么运动？在这个过程中高铁受到了力的作用吗？
观察与思考
G
F
G
F浮
G
F浮
G
F
静止的电灯
静止的轮船
匀速上浮的潜水艇
匀速降落的运动员
它们各处于怎样的状态
它们分别受到哪些力的作用
导入新课
物体不受力时
物体受力时
静止状态
或
匀速直线运动状态
变速运动
静止状态
或
匀速直线运动状态
不存在
重点研究
回顾牛顿第一定律：
一、二力平衡
观察树枝上的小鸟，处在上方的杂技演员，匀速下降的跳伞运动员，分析他们的运动状态和受力情况。
G
F
G
F
G
F
一、二力平衡
上面的现象中，物体受到了几个力？
若一个物体在两个力的作用下，保持静止状态或做匀速直线运动，我们就说这个两个力互相平衡，或者说物体处于二力平衡状态。
那么什么样的两个力才能使物体处于平衡状态呢？
一、二力平衡
【实验】探究二力平衡的条件
提出问题：
两个力在什么情况下会相互平衡？
两个力的大小可能要相等
猜想：
两个力的方向可能要相反
两个力可能要在一条直线上
两个力应该在同一物体上
二、二力平衡的条件
设计实验：
如何让小车(或其它物体)受到两个稳定大小的力？
小车(或其它物体)还会受到阻力的影响，如何减少受到的阻力？
说一说你的实验方案是什么？
我们以小车(或其它物体)为研究对象，让其受到两个力。
哪种平衡状态比较好探究？
二、二力平衡的条件
进行实验：
把小车放在光滑的水平桌面上，向两端的小盘里加砝码。观察小车在什么条件下会保持运动状态不变。
1.两盘里的砝码质量相等。
2.两盘里的砝码质量不相等。
3.两盘里的砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度后释放。
二、二力平衡的条件
小车受二力情况 小车运动情况(静止与否)
大小 方向 是否在一条直线上
实验记录：
二、二力平衡的条件
实验结论：
上述实验表明，二力平衡的条件是：作用在同一个物体上的两个力。必须大小______，方向______，并且在________________上。
交流与评估：
说一说你在实验过程中遇到的问题。
相等
相反
同一条直线
简记：同体、等大、反向、共线。
二、二力平衡的条件
【课本例题】各物体的受力情况如图所示，判断它们能否处于静止状态，并说明理由。
二、二力平衡的条件
匀速拉动木块
物体在平衡力的作用下保持平衡的例子很多
匀速行驶的汽车
匀速下落的雨滴
二、二力平衡的条件
如果物体所受到的外力不满足平衡力的条件时，它将怎样运动呢？
【实验】观察物体受非平衡力作用时怎样运动
进行实验：
A.小车在绳子拉力作用下，将由静止变为______，并且其运动的速度越来越______。
三、物体受非平衡力作用时的运动
B.在摩擦力的作用下，小球的运动状态将怎样变化？
C.由于受到重力的作用，小球在空中的运动路径是怎样的？它的运动状态是否改变？
v
三、物体受非平衡力作用时的运动
以上事例表面，物体受到非平衡力作用时，其运动状态是变化的。
v
F
v
F
v
F
当F 与v 同向时，物体将加速。
当F 与v 反向时，物体将减速。
当F 与v 不在一条直线上时，物体将做曲线运动。
三、物体受非平衡力作用时的运动
一对平衡力：
书受到的重力G 与桌面对书的支持力F。
一对相互作用力：
桌面对书的支持力F与书对桌面的压力F′。
平衡力与相互作用力：
三、物体受非平衡力作用时的运动
力的性质 平衡力 相互作用力
相同点 不同点 受力物体
受力变化
受力效果
三、物体受非平衡力作用时的运动
大小相等，方向相反，作用在同一条直线上
作用在同一物体上
作用在两个不同物体上
一个力变化，另一个力不一定变化
同时产生、同时消失
使物体保持平衡状态
两个力分别产生各自的效果
1星题 知识过关
平衡状态与平衡力
1.下列所示的情景中，物体处于平衡状态的是( )
B
A.绕地球匀速运行的卫星
B.匀速下降的跳伞运动员
C.成熟的苹果从树上落到地面
D.正在起飞的飞机
2. 在一个水平桌面上用力推木块后，木块从 点离
手向右做直线运动，最后停在 点，轨迹的频闪照片
(每隔拍一次照)如图所示。在、、、 四个点中哪
个点受到平衡力：___。
二力平衡的条件及探究
3.给四个静止的物体同时施加方向相反的力和 ，能继续
保持静止的物体是( )
B
A. B. C. D.
4.[2024·马鞍山期中改编] 在“探究二
力平衡的条件”实验中，某实验小组
采用了如图所示的装置，把小车放在
(1)将小车两端的细线分别跨过左右支架上的滑轮，在线的两
端挂上钩码，使作用在小车上的两个拉力方向______
(填“相同”或“相反”)。
相反
长木板上，钩码通过细线向两端拉小车。
(2)在实验过程中，我们增减两端所挂
的钩码数目，当两端钩码数不相等时，
小车将处于______状态；当两端钩码
运动
静止
数相等时，小车将处于______状态。 (均填“静止”或“运动”)
(3)保持两端所挂的钩码数相等，把小
车扭转一个角度，然后放手，发现小
车旋转后又恢复原状，这样做的目的
不在同一直线上
(4)进一步的实验表明：作用在同一个物体上的两个力，如果
大小相等，方向______，并且作用在__________上，这两个
力就互相平衡。
相反
同一直线
是验证________________的两个力能否平衡。
平衡力与相互作用力
5.[2024·池州月考] 如图所示，一只碗放在水平餐桌
上，下列说法正确的是( )
B
A.碗受到的重力和碗对桌面的压力是一对相互作用力
B.碗受到的重力和桌面对碗的支持力是一对平衡力
C.碗对桌面的压力和桌面对碗的支持力是一对平衡力
D.碗受到的重力和桌面对碗的支持力是一对相互作用力
判断两个力是不是平衡力时，首先看这两个力是
不是作用在同一物体上。
2星题 情景应用
6.有质量相等的甲、乙两个物体,甲在拉力 的作用下以
的速度匀速竖直上升,乙在支持力 的作用下以
的速度匀速竖直下降,不计空气阻力,则
_____。
7.[2024·六安模拟] 一杯水在斜面上保持
静止， 点为其重心，其受力示意图如图
所示，则斜面对这杯水作用力的合力方
向为__________。
竖直向上
这杯水在三个力的作用下，处于静止状态，这三个力
的合力为0，斜面对这杯水的作用力是指摩擦力和支持力，
这两个力的合力与重力平衡，所以方向与重力方向相反，为
竖直向上。
8.下列各种动作中，在水平地面上无法保持的是( )
B
A. B. C. D.
9.[2024·合肥期中] 下列关于平衡力的说法中正确的是( )
B
A.物体在平衡力的作用下，一定保持静止状态
B.运动的物体在平衡力的作用下，其运动状态一定保持不变
C.作用在物体上的两个力“三要素”完全相同，则这两个力一
定是平衡力
D.物体受到重力和拉力的作用，当这两个力方向相反时，它
们一定是平衡力
10.[2024·合肥一模] 如图所示，旅行包 放在
拉杆箱上，若地面和拉杆箱 的上表面均水
平，在水平推力的作用下，拉杆箱 和旅行
包 一起向右做匀速直线运动，不计空气阻力，
下列分析错误的是( )
A.的重力与地面对 的支持力是一对平衡力
B.的重力与对 的支持力是一对平衡力
C.推力与地面对 的摩擦力是一对平衡力
D.对的压力与对 的支持力是一对相互作用
力
√
11.氢气球下吊着的一个小重物 在空气中做匀速直线运动，
若不计空气阻力和风力影响，小重物恰能沿 方向斜向上
升，则氢气球和小重物 在运动中所处的位置是( )
D
A. B. C. D.
3星题 思维提升
12. [2024·泰州三模] 在“探究二力平衡的条件”的活
动中，小王按图甲完成实验。
(1)实验装置如图甲所示，实验目
的是探究卡片平衡时在水平方向
上所受两个拉力、 的关系。
释放瞬间
同一直线
将图甲中的小卡片旋转一定角度，松手后观察__________
(填“释放瞬间”或“卡片还原后”)卡片能否平衡。这样做是为
了说明二力平衡时两个力应作用在__________上。
(2)若不计摩擦，图甲中卡片
平衡时，小王用手向上托一下
左侧钩码(卡片和钩码始终未
接触滑轮)，当手离开钩码后，
匀速
卡片将______(填“加速”“减速” 或“匀速”)运动。
(3)如图乙所示，小王在做实验
时，左右支架上装配两个滑轮
时没有安装在相同的高度，你
认为小王的装置____
能
(填“能”或“不能”)通过实验得到正确的结论。
(4)【学以致用】同学们采用如图所示的方法寻找形状不规则
薄板的重心，这是运用了一对平衡力必须满足____________
_______的条件。
作用在同一直线上
运动和力
平衡状态
探究二力平衡的条件
静止
匀速直线运动
同体、等值、反向、共线
二力平衡
物体受非平衡力作用时，其运动状态是变化的
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