初中物理平衡力图象专题课件-人教

初中物理平衡力图象专题课件欢迎来到初中物理平衡力图象专题课程本课程将系统介绍平衡力的概念、特点及其在物理学中的重要应用作为人教版教材的重要内容，平衡力图象分析是理解物体运动状态的基础通过本课程的学习，你将能够掌握平衡力的本质特征、认识各种平衡力的图示方法，培养正确分析和解决平衡力问题的能力这些知识不仅有助于你在物理考试中取得优异成绩，还能帮助你理解日常生活中的众多物理现象力的基本概念力的定义力的作用效果力是一种能够改变物体运动状态或使物体发生形变的物理量在力可以改变物体的运动状态，使静止的物体开始运动，使运动的物理学中，力的国际单位是牛顿（N），由著名物理学家艾萨物体改变速度或方向，甚至使物体停止运动克·牛顿命名力还可以改变物体的形状，如拉伸弹簧、压缩海绵或弯曲金属力的三要素包括大小、方向和作用点，这三个要素共同决定了力板不同的力会产生不同的作用效果，这取决于力的性质和物体的作用效果任何力的表示都必须包含这三个要素，缺一不可的特性常见的几种力重力弹力重力是地球对物体的吸引力，弹力是物体因发生弹性形变而其大小由公式G=mg计算，产生的力常见的弹力包括支其中m是物体质量，g是重力持力（物体受到支撑面的作用加速度（约

9.8N/kg）重力力）、压力（物体受到的挤压方向始终竖直向下，作用于物力）和拉力（物体受到的拉伸体的重心力）摩擦力摩擦力是两个接触面之间相对运动或有相对运动趋势时产生的阻碍力分为静摩擦力和滑动摩擦力，方向总是与相对运动或运动趋势相反力的测量测量工具弹簧测力计是测量力大小的主要工具，其原理基于胡克定律弹簧的形变量与所受的力成正比使用方法使用前先调零，读数时视线应与刻度线垂直，避免视差引起的误差注意事项不可超过量程，测量时保持测力计垂直或水平，避免弹簧永久变形在实验中，我们可以用弹簧测力计直接测量物体的重力操作时，用测力计钩住物体，保持测力计竖直，等待指针稳定后读取数值这一实验帮助学生直观理解力的大小及其测量方法力的合成与分解同一直线上二力的合成方向相同时相加，方向相反时相减平行四边形法则非同一直线上力的合成方法力的分解将一个力分解为多个分力的过程在物理问题中，力的合成与分解是分析物体受力情况的基本方法当物体受到多个力的作用时，我们可以将这些力合成为一个合力；反之，我们也可以将一个力分解为多个分力，以便于分析和计算例如，在斜面问题中，常常需要将重力分解为沿斜面方向和垂直于斜面方向的分力这种分解使复杂的问题变得简单，便于解决平衡状态平衡状态的定义平衡状态的条件平衡状态是指物体处于静止或匀速直线运动的状态在这两种状物体处于平衡状态的力学条件是物体受到的所有外力的合力为态下，物体的运动状态不会自行改变，除非受到外力的作用零用数学表达式可写为ΣF=0在平面问题中，这一条件可以分解为两个方向水平方向上的合从力学角度看，无论是静止还是匀速直线运动，物体受到的合力力为零，垂直方向上的合力为零即ΣFx=0，ΣFy=0这是都为零这一特性是判断物体是否处于平衡状态的关键条件解决平衡力问题的基本方程平衡力的定义基本特征与相互作用力的区别平衡力是指大小相等、方向相平衡力作用在同一物体上，而相反、作用在同一物体上、作用在互作用力作用在不同物体上两同一直线上的两个力这四个条者在物理概念上有本质区别，不件缺一不可，是判断两个力是否可混淆相互作用力是牛顿第三构成平衡力的关键定律描述的作用与反作用力重要性理解平衡力概念是分析物体受力情况、判断物体是否处于平衡状态的基础在解决物理问题时，正确识别平衡力是关键第一步平衡力图象的画法重力-确定作用点重力作用于物体的重心，这是画图的起点确定方向重力方向始终垂直向下，与地面垂直表示大小线段长度与力的大小成正比，注意标度一致标注说明标明力的大小、单位和名称，如G=10N平衡力图象的画法支持力-识别接触面确定方向确定物体与支撑面的接触位置支持力垂直于接触面，通常向上标注说明绘制表示标明力的大小、单位和名称从接触点画垂直于接触面的箭头平衡力图象的画法拉力-拉力是绳子、绳索或其他连接物对被连接物体的拉拽力在绘制拉力图象时，需要注意以下几点首先，确定拉力的作用点，即绳子与物体的连接处；其次，确定拉力的方向，拉力方向沿绳子方向指向绳子拉伸的方向；最后，绘制表示力的箭头，线段长度与力的大小成正比在标注时，要清楚标明力的大小、单位和名称，如F=20N特别注意，当绳子绕过滑轮时，拉力方向会发生改变，但在理想情况下（无摩擦、绳子质量不计），拉力大小不变平衡力图象的画法摩擦力-静摩擦力图示滑动摩擦力图示摩擦力绘制步骤静摩擦力方向与物体相对运动趋势相反，滑动摩擦力方向与物体相对运动方向相首先确定接触面，然后沿接触面方向绘制大小可变，但有最大值，即f≤μN（μ为静反，大小相对稳定，计算公式为f=μN（μ力的箭头，注意力的大小、方向和作用点摩擦系数，N为正压力）为滑动摩擦系数，N为正压力）三要素的表示力的图示力的示意图vs.对比项目力的图示力的示意图精确度精确表示三要素仅表示方向和作用点标度要求需要标明标度不要求标度线段长度与力的大小成正比不要求比例关系适用场景需要定量分析定性分析即可在物理学习中，力的图示和力的示意图都是表示力的重要工具力的图示更加精确，适用于需要定量分析的问题；而力的示意图更加简便，适用于只需定性分析的情况选择哪种方式，应根据具体问题和教学要求而定例题静止在水平面上的物体1分析结论重力与支持力构成一对平衡力力的特点大小相等、方向相反、同一直线受力分析物体受到重力G和支持力N当物体静止在水平面上时，它受到两个力重力G和支持力N重力由地球对物体的吸引产生，方向竖直向下，作用于物体的重心；支持力由水平面对物体的支撑产生，方向竖直向上，作用于物体与水平面的接触点在静止状态下，这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上，构成一对平衡力由于合力为零，物体保持静止状态这是理解平衡力最基本的例子例题悬挂在绳子上的物体22=作用力力的关系物体受到重力G和拉力F两个力的作用拉力和重力大小相等、方向相反0合力合力为零，物体处于平衡状态当一个物体悬挂在绳子上时，它主要受到两个力的作用物体自身的重力G，方向竖直向下；绳子对物体的拉力F，方向沿绳子向上在物体静止状态下，拉力和重力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上在绘制受力图时，需要注意拉力的作用点是绳子与物体的连接处，而重力的作用点是物体的重心当绳子倾斜时，拉力方向沿绳子方向，此时需要将拉力分解为水平分力和竖直分力进行分析例题沿斜面匀速下滑的物体3重力分析支持力分析摩擦力分析平衡条件重力G沿竖直方向向下支持力N垂直于斜面向上摩擦力f沿斜面向上三力合力为零，形成平衡例题静止在斜面上的物体4支持力支持力N垂直于斜面向上，大小等于重力在垂直于斜面方向的分力重力静摩擦力重力G沿竖直方向向下，可分解为平行于静摩擦力f沿斜面向上，大小等于重力在平斜面和垂直于斜面的分力行于斜面方向的分力3例题匀速直线运动的物体5动阻F F动力阻力推动物体运动的力阻碍物体运动的力=力的关系动力与阻力大小相等、方向相反当物体做匀速直线运动时，它受到的合力必须为零在水平方向上，通常有一对大小相等、方向相反的力动力和阻力动力推动物体向前运动，如拉力、推力等；阻力阻碍物体运动，如摩擦力、空气阻力等在垂直方向上，物体通常受到重力和支持力的作用，这两个力也构成一对平衡力因此，匀速直线运动的物体在水平和垂直两个方向上的合力都为零，整体上处于力平衡状态复杂受力分析组合情况识别系统确定研究对象和边界分析各力一一列出所有作用力绘制受力图准确表示各力三要素建立方程应用平衡条件求解平衡力问题解题步骤确定研究对象明确要分析哪个物体或系统受到的力在复杂系统中，可能需要单独分析多个物体，或将多个物体视为一个整体选择合适的研究对象是解题的第一步受力分析全面找出物体受到的所有力，包括重力、支持力、拉力、摩擦力等确保不漏掉任何一个力，这是解题的关键每个力都要明确其性质、大小和方向画出力图按照规范绘制力的图示或示意图，准确表示每个力的作用点、方向和大小清晰的力图有助于直观理解问题和检查分析是否全面列方程求解根据平衡条件列出方程合力为零通常分解为水平和垂直两个方向ΣFx=0，ΣFy=0解出未知力的大小或方向，完成问题解答平衡力问题解题技巧整体法与隔离法正交分解法整体法将多个物体作为一个整将力分解为互相垂直的两个方向体分析受力情况，适用于求解系（通常是水平和垂直方向），然统的整体运动或平衡隔离法后在每个方向上单独分析平衡条单独分析系统中的每个物体，适件这种方法特别适用于斜面问用于求解系统内部的力或复杂系题或力的方向不在坐标轴上的情统的分析根据问题需要灵活选况择合适的方法比例法利用力的比例关系简化计算，特别是在不需要求出具体数值的问题中例如，利用相似三角形求解斜面上的分力比例，或利用力矩平衡条件求解杠杆问题易错点忽略某个力常见被忽略的力解决方法在解题过程中，学生常常忽略一些不那么明显的力，如空气阻仔细审题，全面分析物体所处的环境和状态可以使用以下检查力、静摩擦力、物体自身的重力等特别是在复杂系统中，容易清单物体是否有重量？物体是否与其他物体接触？是否有相对遗漏某些物体受到的力运动或运动趋势？是否处于流体中？例如，在斜面问题中，有时会忽略静摩擦力；在流体问题中，可养成画受力图的习惯，通过可视化方式检查是否遗漏了力同能会忽略浮力或流体阻力；在多物体系统中，可能会忽略物体间时，根据物体的运动状态反推受力情况，检验分析是否合理的作用力易错点混淆平衡力与相互作用力平衡力和相互作用力是两个容易混淆的概念平衡力是作用在同一个物体上的两个力，它们大小相等、方向相反、作用在同一直线上；而相互作用力是作用在两个不同物体上的一对力，它们大小相等、方向相反，是牛顿第三定律描述的作用与反作用力常见错误包括将作用在不同物体上的力误认为是平衡力，例如将桌子对书的支持力和书对桌子的压力错误地视为平衡力解决方法是明确力的作用对象，检查两个力是否作用在同一物体上只有作用在同一物体上的力才可能构成平衡力易错点图示不规范力的方向错误例如将摩擦力方向画错，或忽略斜面上力的分解方向正确做法仔细分析力的产生原因，确定其真实方向线段长度不符合比例力的大小与线段长度应成正比，忽略这一点会导致图示误导解决方法选择合适的比例尺，保持一致未标明力的要素缺少力的名称、大小、单位等标注正确做法完整标注每个力的所有必要信息作用点位置不准确例如重力作用点不在重心解决方法明确每种力的作用点位置，准确绘制易错点不会正交分解分解方向错误计算错误不选择互相垂直的方向或与问题不匹配三角函数应用不当或符号错误的方向解决方法忘记考虑分力选择合适坐标系，正确应用三角函数，只考虑原始力而忽略分解后的分力检查计算练习题静止在水平地面上的书1题目描述解答一本重5N的书静止在水平地面上，画出这本书受到的力的图示重力G大小为5N，方向竖直向下，作用点为书的重心或示意图支持力N大小为5N，方向竖直向上，作用点为书与地面的接触分析书受到两个力作用——重力G和地面对书的支持力N由面于书处于静止状态，这两个力构成一对平衡力，即大小相等、方在图示中，应当清晰表示这两个力的作用点、方向和大小，并标向相反、作用在同一直线上明力的名称、数值和单位练习题用绳子拉着物体匀速上升2结论拉力等于重力，F=G=10N运动状态物体匀速上升，合力为零受力分析物体受到重力G和拉力F在这个问题中，物体受到两个力的作用重力G和绳子的拉力F重力大小为10N，方向竖直向下；拉力方向竖直向上，作用点为绳子与物体的连接处由于物体做匀速上升运动，根据牛顿第一定律，物体受到的合力为零因此，拉力和重力大小相等、方向相反，即F=G=10N在绘制力的图示时，需要注意表示力的三要素，并明确两个力构成一对平衡力练习题物体沿光滑斜面匀速下滑3练习题物体静止在粗糙4斜面上重力G方向垂直向下，作用于物体重心支持力N方向垂直于斜面向上，大小等于G⊥静摩擦力3f方向沿斜面向上，大小等于G//练习题水平方向上匀速直线运动的物体5受力分析垂直方向平衡水平方向平衡物体受到四个力作用重力G、支持力支持力N和重力G大小相等、方向相拉力F和摩擦力f大小相等、方向相N、拉力F和摩擦力f重力和支持力在反，即N=G这保证了物体不会在垂反，即F=f这确保了物体在水平方垂直方向构成一对平衡力；拉力和摩直方向上移动向上做匀速直线运动擦力在水平方向构成一对平衡力练习题两根绳子拉着一个物体6受力情况力的平衡力的计算物体受到三个力的作用重力G（竖直向三个力的平衡可用力的三角形法则表示可以通过正交分解法计算把三个力分解下）和两根绳子的拉力F1和F2（方向沿各将三个力按头尾相接的方式排列，形成一到水平和垂直方向，列出方程ΣFx=0和自绳子方向）由于物体处于静止状态，个闭合的三角形这意味着三个力的矢量ΣFy=0，解出两个拉力的大小这三个力的合力必须为零和为零练习题放在水中的物体7重力分析物体在水中受到重力G，方向竖直向下，大小为mg，其中m为物体质量，g为重力加速度浮力分析物体在水中还受到浮力F浮，方向竖直向上，大小等于物体排开水的重力，即F浮=ρ水gV排，其中ρ水是水的密度，V排是物体排开水的体积平衡条件当物体漂浮在水面上时，重力和浮力大小相等、方向相反，构成一对平衡力，即G=F浮这保证了物体处于静止状态练习题电线杆上的小鸟82G力的数量重力小鸟受到两个力的作用方向竖直向下，作用于小鸟重心N支持力方向竖直向上，作用于小鸟与电线接触处当小鸟停在电线上时，它主要受到两个力的作用小鸟自身的重力G，方向竖直向下，作用于小鸟的重心；电线对小鸟的支持力N，方向竖直向上，作用于小鸟与电线的接触点由于小鸟处于静止状态，根据牛顿第一定律，小鸟受到的合力必须为零因此，支持力和重力大小相等、方向相反，构成一对平衡力，即N=G这个例子看似简单，但它体现了平衡力的基本原理练习题运动的汽车9练习题飞机在空中飞行10竖直方向受力分析水平方向受力分析飞机在竖直方向上受到两个主要力的作用重力G（竖直向下）飞机在水平方向上受到两个主要力的作用发动机提供的推力T和升力L（竖直向上）升力由飞机机翼与空气的相互作用产（水平向前）和空气阻力D（水平向后）空气阻力与飞机的速生，与飞机的速度、机翼形状和空气密度有关度、外形和空气密度有关当飞机匀速平直飞行时，升力和重力大小相等、方向相反，即L当飞机匀速平直飞行时，推力和阻力大小相等、方向相反，即T=G这保证了飞机在竖直方向上不会上升或下降=D这保证了飞机在水平方向上保持匀速运动综合应用题滑轮组1重物受力1重物受到重力G和绳子拉力F的作用拉力传递理想滑轮只改变力的方向，不改变大小用力分析使用滑轮组可减小提升重物所需的力滑轮组是一种常见的省力装置，通过增加绳索与滑轮的接触次数，减小提升重物所需的力在理想情况下（忽略摩擦和滑轮重量），使用n个动滑轮的滑轮组，提升重物所需的力为重物重力的1/2^n在分析滑轮组受力时，需要注意

①重物受到重力G和绳子拉力F的作用；

②固定滑轮只改变力的方向，不改变大小；

③动滑轮可以减小所需的力通过绘制受力图和分析力的传递，可以更好地理解滑轮组的工作原理综合应用题斜面上的滑轮2斜面上的滑轮装置结合了斜面和滑轮两种简单机械的特点，常用于物理学中的综合应用题在这类问题中，物体通过滑轮连接在斜面上，需要分析各个物体的受力情况和运动状态分析步骤包括

①确定研究对象，分别分析斜面上的物体和悬挂的物体；

②分析每个物体受到的力，包括重力、支持力、摩擦力和绳子的拉力；

③根据物体的运动状态（静止或匀速运动），应用平衡条件列方程；

④解出未知力或其他物理量在分析过程中，要特别注意绳子拉力的传递和滑轮的作用综合应用题多个物体连接3物体A受到重力GA、支持力NA、摩擦力fA和绳子拉力F连接绳理想绳子可视为等大小拉力的传递物体B受到重力GB、支持力NB、摩擦力fB和绳子拉力F当多个物体通过绳子连接在一起时，需要分别分析每个物体的受力情况，并考虑它们之间的相互作用在理想情况下（绳子质量不计、不可伸长、无摩擦），连接物体的绳子上的拉力处处相等分析此类问题时，可以采用以下方法

①分别画出每个物体的受力图，明确所有作用力；

②根据物体的运动状态，应用牛顿运动定律或平衡条件；

③考虑绳子的传力作用，建立物体之间的联系；

④列出完整的方程组，求解未知量这种综合应用题考查学生对多个物理概念的综合理解和应用能力课堂互动小组讨论课堂实验验证平衡力实验准备准备两个弹簧测力计、细线、钩码、木板等器材检查弹簧测力计是否工作正常，调整零点设计实验方案，确定验证平衡力的具体步骤和观察重点实验步骤将钩码挂在两个弹簧测力计之间的细线上，保持系统平衡记录两个测力计的读数，验证它们是否相等改变系统的角度或增减钩码质量，再次记录读数并分析结果数据分析比较不同条件下的实验数据，分析误差来源计算理论值与实验值的偏差，讨论可能的改进方法总结实验结论，验证平衡力的定义和特性拓展超重与失重超重现象失重现象超重是指物体受到的支持力或拉力大于物体的重力当物体做加失重是指物体受到的支持力或拉力小于物体的重力，极端情况下速度方向向上的运动时，会产生超重现象例如，电梯启动上升可能为零当物体做加速度方向向下的运动时，会产生失重现的瞬间，乘客会感到比平时更重；飞机起飞时，乘客会被压在座象例如，电梯突然下降时，乘客会有腾空感；过山车下落位上时，乘客会感到飘起来超重程度可用超重系数n表示n=N/G，其中N是支持力或拉宇航员在绕地球飞行的航天器中处于失重状态，这是因为宇航员力，G是重力正常情况下n=1，超重时n1人体能承受的最和航天器都做相同的绕地球运动，都受到地球引力的作用，而没大超重系数约为4-5，超过这个值可能导致健康问题有其他支持力失重环境会对人体产生一系列影响，如肌肉萎缩、骨密度降低等拓展惯性惯性定义惯性与质量生活中的惯性惯性是物体保持原来运动状态（静止或匀惯性的大小与物体的质量成正比质量越生活中的惯性现象比比皆是急刹车时乘速直线运动）的性质无论是静止的物体大，物体的惯性越大，改变其运动状态所客向前倾，急转弯时乘客向外倾，纸币从倾向于保持静止，还是运动的物体倾向于需的力也越大这就是为什么大卡车比小书本下快速抽出而书本不动，甩毛巾上的保持匀速直线运动，都是惯性的表现汽车更难启动和停止水等，都是惯性的生动体现拓展牛顿第一定律定律内容惯性定律与平衡力的关系一切物体总保持匀速直线运动状态牛顿第一定律也被称为惯性定律，牛顿第一定律是理解平衡力的理论或静止状态，直到有外力迫使它改它揭示了物体惯性的本质这一定基础当物体处于平衡状态（静止变这种状态为止这表明物体不受律与亚里士多德的有力才有运动或匀速直线运动）时，它受到的合外力作用时，会保持原有的运动状观点截然不同，表明了无力状态下力必须为零，这正是平衡力问题的态不变物体仍可保持运动核心条件物理学史伽利略自由落体研究惯性概念的提出伽利略（1564-1642）对自由落伽利略首次提出了惯性的概念，体运动进行了系统研究，推翻了认为物体在没有外力作用时会保亚里士多德重物下落快，轻物下持匀速直线运动这一观点为后落慢的错误观点他发现，在理来牛顿第一定律的提出奠定了基想条件下（忽略空气阻力），所础，是物理学史上的重大突破有物体无论重量如何，都以相同的加速度下落实验方法的贡献伽利略发展了思想实验（理想实验）的方法，通过抽象和简化现实条件，揭示物理规律的本质他的斜面实验和摆的周期研究展示了科学方法的力量，开创了现代实验物理学物理学史牛顿《自然哲学的数学原理》三大运动定律牛顿（1643-1727）的这部巨著奠定了经典牛顿提出的三大运动定律成为经典力学的基力学的基础，被誉为科学史上最伟大的著作石，其中第一定律阐述了惯性原理之一科学精神万有引力定律牛顿严谨的科学态度和求实的精神影响了几牛顿发现了万有引力定律，统一了天上和地百年来的科学发展，树立了科学研究的典范面的物理规律，实现了科学史上的重大突破答疑环节解决学生疑问课堂小结知识点回顾基础概念力的定义、三要素和常见类型；平衡力的定义与特征图象绘制各种力的规范图示方法与注意事项解题思路平衡力问题的分析步骤和常用方法易错点易混淆的概念和常见错误的识别与避免家庭作业巩固练习为了巩固本课所学知识，布置以下家庭作业

①完成课本第三章练习题中关于平衡力的所有题目；

②完成《物理同步练习》第15页的综合练习；

③自选三个生活中的平衡力现象，分析物体的受力情况，画出受力图，并写出分析过程实践作业利用家中常见物品（如弹簧秤、绳子、重物等）设计并完成一个简单的验证平衡力的小实验，记录实验过程和数据，分析结果，拍照或录制视频，形成简短的实验报告这些作业旨在帮助学生从不同角度理解和应用平衡力知识，培养学生的实践能力和科学思维在线资源推荐学习网站与App人教版物理教材网站提供教材配套的电子资源、教学视频和互动练习，是课后学习的理想平台网址www.pep.com.cn/czwuli/爱物理App包含丰富的物理实验模拟和知识点讲解，可视化展示物理概念，帮助理解抽象内容科普视频平台推荐关注中科院物理科普和物理大师等科普账号，定期更新趣味物理视频和实验演示在数字化学习时代，借助优质的在线资源能够有效提升学习效果除了上述推荐的资源外，还可以利用中国大学MOOC平台上的物理基础课程，以及各大科普网站如果壳网的物理专栏等这些资源提供了多角度、多形式的学习内容，能够满足不同学习风格的学生需求总结平衡力在生活中的应用桥梁设计建筑结构交通工具桥梁设计中必须考虑各部分的受力平衡，摩天大楼、塔楼等高层建筑的设计需要精飞机的飞行依赖于升力、重力、推力和阻确保结构稳定拱桥、悬索桥等不同类型确的力学分析，确保在风力、地震等外力力的平衡；船舶的稳定性基于浮力和重力的桥梁都应用了平衡力原理，通过合理分作用下保持平衡建筑中的梁、柱、支撑的平衡；汽车的悬挂系统设计利用平衡力配压力和张力，实现整体稳定等构件共同形成一个平衡系统原理提供舒适的乘坐体验感谢聆听，再见！5力的基本概念力的定义、分类与特性7平衡力关键点大小相等、方向相反、同一直线、同一物体10+实例分析各种平衡状态的受力分析∞应用价值物理学基础与生活应用本课程系统介绍了平衡力的概念、图象绘制方法和应用，通过大量例题和练习帮助大家掌握了平衡力问题的分析方法希望这些知识能够成为大家学习物理的坚实基础，也能够帮助大家更好地理解日常生活中的物理现象感谢各位同学的积极参与和认真学习记得完成课后作业，有任何问题可以随时提问期待在下节课与大家再次相见，继续探索物理学的奇妙世界！。