师：同学们，喜欢观看魔术表演吗？我很喜欢。最近我在网上看到一种神奇的魔术悬浮术，下面就带大家一起来看看这种悬浮术的神奇之处。表演者在地上立一根铁棒，手搭在铁棒上端，整个人就能盘旋在空中。舞台上的魔术师甚至能让自己悬浮在高空之中。同学们看了这段魔术，相信大家都觉得很神奇。神奇之余，相信同学们也有疑问，为什么这些人能飘在空中呢？要揭开这个神秘的面纱，今天我们一起来学习二力平衡。上节课我们学习了牛顿第一定律，从牛顿第一定律可知，如果物体不受力，它将处于什么状态？
生：它处于静止状态，或者是匀速直线运动状态。
师：请同学们思考一下，在我们生活周围，有没有物体处于静止状态，或者近似做匀速直线运动状态呢？大家都有了自己的答案，比如说放在桌面上的课本，它处于静止状态。再比如说挂在天花板上的灯，同样处于静止状态。近似做匀速直线运动状态的物体，像我们在商场坐的手扶电梯，这时人近似做匀速直线运动。高铁在笔直的铁轨上做匀速运动时，也可近似看成匀速直线运动。在物理上，我们把物体保持静止状态或匀速直线运动状态，称之为平衡状态。那么这些生活中的物体，它们受不受到力呢？显然是受到力的。我们把此时处于平衡状态的物体受到的力，称之为平衡力。生活中有许多物体处于平衡状态，很多处于平衡状态的物体，也向我们展示了一种平衡美。下面就带同学们领略一下生活中的平衡美。黄山飞来石立于光明顶之巅，展示着自然的鬼斧神工，呈现出一种平衡之美。艺术家们通过刻苦训练，将力量与平衡结合在一起，展示了艺术上的平衡状态。科技工作者利用平衡状态，让交通工具近似做匀速直线运动，给我们的交通带来便利和舒适的同时，也展示了平衡的魅力。同学们，在这些平衡状态的物体中，有的物体只受到两个力的作用，比如受到重力和向上的拉力。如果物体处于平衡状态且只受到两个力，我们把这两个力称之为二力平衡。那么物体如果只受到两个力的作用，它一定处于平衡状态吗？如果不是，这两个力必须满足什么条件，才能使物体处于平衡状态呢？带着这样的问题，我们来探究二力平衡的条件。首先想问同学们，我们如何探究二力平衡的条件呢？从力的角度来看，力的三要素是大小、方向和作用点。所以我们要从这三个方面去探究这两个力之间的关系。那我们如何设计这个实验呢？大家看，讲台上有一个盒子，现在处于静止状态。如果我现在给它一个水平向左的力，这时我们看到盒子不再处于静止状态，也就是说它的平衡状态被破坏了。那要想让它仍然保持刚才的平衡状态，我们该怎么做呢？有时我们要在另一端施加力，那这两个力需要满足什么条件呢？大小又如何呢？有的同学很快想到了弹簧测力计，这是可以的。那还有没有其他方法呢？我给同学们提供一种方法，利用之前在重力那一节所用的勾码，每个勾码都有确定的重力大小，我们可以通过比较勾码的重力大小来比较两个力的大小。我们如何实现对物体向两边施加拉力呢？我给同学们提供一种方式，通过在桌子两边各加一个滑轮，然后用勾码来拉这个物体，使物体在两边受到力，从而探究这两个力的大小关系、方向以及作用点。那下面想问，这个实验能不能进行呢？如果用较小的力拉这个勾码，同学们想一想，这个盒子能不能动？它还是静止的，为什么现在拉不动呢？有同学说这时盒子受到了阻力，确实如此。这说明如果把木块直接放在桌子上，两边受到拉力时，木块和桌子之间的阻力会影响我们这个实验。那怎样减小它对实验的影响呢？有什么方法吗？有的同学说可以让桌面光滑一点，这是可行的。或者在小木块下面放一个轮子，改进后就变成小车的形状。即便如此，小车与桌面的阻力对实验影响还是比较大。那有没有更好的方法，怎样让小车和桌面之间的阻力更小呢？有同学说直接把小车悬起来，就像刚才的魔术一样悬浮起来。但是如果让它悬浮起来，或者把桌子撤去，这时小车由于自身重力会往下落。同学们想一想，该怎么办呢？如何避免小车往下落？有同学说用轻一点的物体，我们可以用轻一点的木块、轻一点的纸片来代替这个木块。这样一来，重力对实验的影响就非常小了。所以经过改进，我们的实验可以采取这种方法：在铁架台上两边各放一个定滑轮，中间研究的物体变成一个纸片，这样就减少了木块与桌面的阻力对实验产生的影响。由于纸片的重力非常小，虽然它向下，但对实验影响极小。通过这个设计后的方案，下面我们来探究二力平衡之间的关系。首先固定好两个滑轮，然后用一个纸片，让绳子穿过滑轮，通过勾码的重力来比较两边力的关系。下面我们来看，对于纸片，先在它的左侧挂一个勾码，这时同学们看到纸片受到水平向左勾码通过绳子对它的拉力。那么在右边，如果我们不加勾码，松手以后它会不会静止呢？显然，松手后它不能保持原来的平衡状态，运动状态发生了改变，从静止变为运动。那要想让它保持静止状态，我们该怎么做呢？显然要在右边放一个勾码。放好勾码后松手，此时纸片仍然保持静止状态。同学们，此时从这个实验可以初步看出这两个力在大小上是什么关系呢？有同学说相等。下面我们再看，如果再添加一个同样的勾码，松手后大家看一下，纸片显然又运动了。那如何让它保持静止状态呢？在右边再加一个勾码。好，再松手，此时它仍然保持静止状态。由此我们又可以看出，要想让它再次保持静止状态，两边的拉力大小需要相等。所以通过这个实验发现，要想物体保持二力平衡，在大小上两个力需要相等。那么它们的方向是怎样的呢？大家可以看到，纸片左边受到一个水平向左的拉力，右边受到水平向右的拉力。通过刚才几次实验可以看出，这两个力方向显然是相反的。如果左边再加一个勾码，松手后它又不平衡了，所以要在右边再加一个勾码使其再次平衡。不管怎么加勾码，我们看到左边和右边的力必须大小相等，它才能保持静止状态，而且这两个力方向相反。因此，研究两个力的方向关系对平衡的影响可知，要是两个力互相平衡，这两个力的方向必须相反。那如果只是方向相反、大小相等就可以了吗？下面我们来看，如果把这个纸片旋转一下，旋转后这两个力大小也相等，从数学知识角度看，方向也是相反的，因为这两条线是平行的。但是此时松手以后，它能不能保持静止状态呢？松手后显然它发生了旋转。因此通过刚才这个实验发现，如果仅仅是方向相反、大小相等，它不能保持平衡，两个力必须在同一条直线上。所以研究两个力作用线的关系对平衡的影响可知，要想两个力互相平衡，两个力必须在同一条直线上。那是不是满足这些条件，物体就一定能处于平衡状态呢？现在同学们来看，对于纸片，两个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上。下面我们看，如果用剪刀把纸片从中间剪开，还是刚才那些力，这时的纸片能不能再保持静止状态呢？大家观察一下，显然看到两个纸片向两边分开。这就说明物体要想处于平衡状态，两个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，这两个力还必须作用在同一个物体上。因此通过刚才这些实验，同学们能不能总结出来，要想物体处于二力平衡，这两个力必须满足什么条件呢？相信大家应该有了自己的答案。下面我们一起总结一下二力平衡的条件：作用在同一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，并作用在同一直线上，这两个力就彼此平衡。也就是说，这两个力要想平衡，必须大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，而且作用在同一个物体上。我们把它简述为“同体、等值、反向、共线”。