專題08 二力平衡的條件 專題學(xué)啥 1.二力平衡：物體在受到兩個力的作用時，如果能保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，那么這兩個力相互平衡。2.二力平衡的條件：作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等、方向相反、并且在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。3.探究二力平衡實驗需要學(xué)通的基礎(chǔ)知識（1）在探究究二力平衡問題時，什么因素影響實驗結(jié)果？答：摩擦力（2）你認(rèn)為右圖哪個實驗更合理？答：甲，應(yīng)為乙物體受到的摩擦力大，對實驗效果影響大。（3）如何判斷物體是否處于平衡狀態(tài)？答：當(dāng)物體保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)時，都可以判定物體處于平衡狀態(tài)（4）實驗中如何改變拉力的大小？答：通過改變砝碼的個數(shù)，來改變對小車的拉力大小（5）定滑輪有什么作用：答：改變拉力的方向（6）如何探究兩個力作用在同一物體上？答：將紙板從中間剪開，觀察紙板是否還處于平衡狀態(tài)。（7）如何探究兩個力在同一直線上：答：把紙板轉(zhuǎn)動一個角度，然后松手，觀察小車的運動狀態(tài)（8）實驗結(jié)論：二力平衡條件：同體、等大、方向、共線。（9）實驗方法：控制變量法（10）選擇靜止?fàn)顟B(tài)的原因：勻速運動狀態(tài)不好控制。（11）進(jìn)行多次實驗的目的：得出普遍規(guī)律，避免偶然性。專題考法 【例題1】（2019湖北荊州）2022年第24屆冬季奧林匹克運動會將在我國舉行，如圖是滑雪運動員正在訓(xùn)練的場景，下列說法正確的是（）A使用雪橇滑雪是通過減小壓力來減小壓強(qiáng)的B運動員加速滑行時，地面對雪橇的支持力與雪橇對地面的壓力是一對相互作用力C當(dāng)運動員勻速直線滑行時，雪橇的重力與地面對雪橇的支持力是一對平衡力D運動員沖過終點后不能立即停止滑行，是由于運動員受到慣性力的作用【答案】B【解析】A.運動員使用雪橇，這樣增大了與雪地的受力面積，從而減小壓強(qiáng)，故A錯誤；B.運動員加速滑行時，地面對雪橇的支持力與雪橇對地面的壓力，大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，作用在兩個物體上，是一對相互作用力，故B正確；C.當(dāng)運動員勻速直線滑行時，雪橇的重力與地面對雪橇的支持力不相等，不是一對平衡力，故C錯誤；D.慣性是一種性質(zhì)，不是力，故D錯誤。【例題2】（2019貴州銅仁）小明在探究“二力平衡”條件的實驗中，設(shè)計了如圖所示的兩種實驗方案。(1)通過實驗比較，小明發(fā)現(xiàn)采用方案乙，實驗效果更好，原因是 。(2)該實驗裝置中，木板兩端的定滑輪的作用是 。(3)保持兩盤中砝碼質(zhì)量相等，把小車在水平桌面上扭轉(zhuǎn)一個角度，放手后觀察到小車轉(zhuǎn)動，最后恢復(fù)到靜止?fàn)顟B(tài)。這個實驗現(xiàn)象說明:作用在同一物體上的兩個力，大小相等，方向相反，并且 ，這兩個力才能彼此平衡。(4)小明在探究完“二力平衡”條件的實驗后，又利用該裝置進(jìn)行探究，剪斷小車左邊的細(xì)線后，小車由靜止向右運動，此現(xiàn)象說明力可以改變物體的 。【答案】（1）滾動摩擦力小于滑動摩擦力，減小了摩擦力對實驗的影響；（2）能改變作用力的方向；（3）作用在同一條直線上；（4）運動狀態(tài)。【解析】（1）通過實驗比較，小明發(fā)現(xiàn)采用方案乙，實驗效果更好，原因是滾動摩擦力小于滑動摩擦力，減小了摩擦力對實驗的影響；（2）該實驗裝置中，木板兩端的定滑輪的作用是能改變作用力的方向；（3）保持兩盤砝碼質(zhì)量相等（即讓兩邊的拉力相等），把木塊扭轉(zhuǎn)一個角度，使拉力F1和F2不再同一條直線上，觀察到木塊發(fā)生轉(zhuǎn)動，當(dāng)木塊重新恢復(fù)到原來的靜止?fàn)顟B(tài)時，拉力F1和F2作用在同一條直線上；這個實驗現(xiàn)象說明：作用在同一物體上的兩個力，大小相等，方向相反，并且作用在同一條直線上，這兩個力才能彼此平衡。（4）小明在探究完“二力平衡”條件的實驗后，又利用該裝置進(jìn)行探究，剪斷小車左邊的細(xì)線后，小車由靜止向右運動，小車受力不再平衡，此現(xiàn)象說明力可以改變物體的運動狀態(tài)。一、選擇題1（2019山東泰安）如圖所示，完全相同的A、B兩個長方體物塊疊放在水平桌面上，用F20N的水平向右的力作用在A物塊上，A、B一起向右做勻速直線運動，經(jīng)過3s，兩個物塊一起移動了60cm的距離。下列相關(guān)說法中（）物塊B受到的重力和地面對B的支持力是一對平衡力物塊A對B的摩擦力大小是20N，方向向右地面對B的摩擦力大小是20N，方向向右拉力F的功率為4WA只有正確B只有正確C只有正確D只有正確【答案】D【解析】地面對B的支持力等于A和B的重力之和，故物塊B受到的重力和地面對B的支持力大小不等，不是一對平衡力。故錯誤。以B為研究對象，B做勻速直線運動，處于平衡狀態(tài)，受到平衡力的作用，而B受到地面對它的摩擦力作用，方向水平向左，所以物塊A對B的摩擦力方向向右，大小是20N，故正確。A、B一起向右做勻速直線運動，則地面對B的摩擦力方向水平向左，根據(jù)二力平衡可得大小是20N故錯誤。拉力F做的功：WFs20N0.6m12J，功率為P4W故正確。2.（2019安徽）如圖，A、B兩物塊疊放在水平桌面上保持靜止。圖中分別給出了A、B的受力示意圖。下列說法正確的是（ ） A.F2與GA、F1兩個力的合力是一對作用力與反作用力B.F1與F3是一對作用力與反作用力C.GA與F2是一對平衡力D.F2與F1是一對平衡力【答案】 B 【解析】由圖知，A物塊受到向上的支持力F2、向下的重力GA、B對A向下的壓力F1；B物塊受到向上的支持力F3和向下的重力GB ， A、以A為研究對象，A物塊在水平桌面上保持靜止，受力平衡；GA、F1兩個力的合力方向向下，合力的大小GA+F1F2 ， 則可知F2與GA、F1兩個力的合力大小相等、方向相反、作用在同一條直線上，均作用在A物塊上，所以是一對平衡力，不是一對相互作用力，A不符合題意；B、B對A有向下的壓力F1 ， 因力的作用是相互的，則A對B有向上的支持力F3 ， 所以F1與F3是一對作用力與反作用力，B符合題意；C、A物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，由圖示和力的平衡條件可得：F2GA+F1 ， 則GA與F2的大小不等，所以GA與F2不是一對平衡力，C不符合題意；D、A物塊處于靜止?fàn)顟B(tài)，由力的平衡條件可得：F2GA+F1 ， 則F2與F1的大小不等，所以F2與F1不是一對平衡力，D不符合題意。3.（2019深圳）如圖所示，同一木塊在同一粗糙水平面上，先后以不同的速度被勻速拉動。甲圖中速度為v1，乙圖中速度為v2 ， 丙圖中木塊上疊放一重物，共同速度為v3 ， 且v1F乙F丙C.F甲=F乙f乙 ， 因為F丙=f丙 ， 所以：F丙F乙； 即：F甲=F乙G-f B. F=G+f C.FG+ f D.F=G- f【答案】B【解析】根據(jù)物體分別處于靜止、勻速下降、勻速上升都是平衡狀態(tài)，所以受到拉力與重力是平衡力，利用二力平衡的條件可以求得熱氣球所受力的關(guān)系。熱氣球勻速上升時，受平衡力的作用，浮力的方向豎直向上，重力和阻力的方向豎直向下；則浮力F等于重力G與阻力f之和，即：F=G+f。二、填空題14.（2019安徽）如圖中物塊甲和乙處于靜止?fàn)顟B(tài)。已知甲重12N，乙重8N，不計繩重及一切摩擦，則甲受到地面的支持力為________N。 【答案】 4 【解析】物體甲受豎直向下的重力G甲12N、豎直向上的拉力F拉G乙8N、豎直向上的地面的支持力F支作用而靜止，處于平衡狀態(tài)，由力的平衡條件得：G甲F拉+F支 ， 則甲受到地面的支持力：F支G甲F拉12N8N4N。15.（2019湖北宜昌）消防員在緊急集合時，往往抓住一根豎直的桿從樓上滑下。如果某消防員自身及裝備質(zhì)量共80kg，當(dāng)他抓著豎直的桿勻速下滑時，桿對人的摩擦力是 N；接近地面時，他增大握力，則桿對手的摩擦力將 （選填：增大、減小、不變）。（g10N/kg）【答案】800；增大。【解析】根據(jù)Gmg求出消防員自身及裝備的重力；解決此題的關(guān)鍵是分析出在爬桿和爬繩時所受到的力：重力和桿的摩擦力。消防員自身及裝備的重力：Gmg80kg10N/kg800N，當(dāng)他抓著豎直的桿勻速下滑時，處于平衡狀態(tài)，受到的重力和桿對人的摩擦力是一對平衡力，大小相等、方向相反，所以受到的摩擦力fG800N，方向豎直向上；用更大的力握桿，對桿的壓力變大，則桿對手的滑動摩擦力也增大。16（2019四川成都）如圖所示，有兩組同樣的磚，A組一塊，B組兩塊。每塊磚平放時的長：寬：高為4：2：1A組磚對地面的壓力和壓強(qiáng)分別為FA和pA；B組磚對地面的壓力和壓強(qiáng)分別為FB和pB；則：FA FB，pA pB（選填“”“”“”）【答案】；。【解析】兩組磚對地面的壓力均等于其重力，即可FG，A組一塊，B組兩塊，F(xiàn)AG，F(xiàn)B2G，故FAFA；A組磚側(cè)放，則面積為SA414；壓強(qiáng)pA，B組磚平放，則面積為SB428；壓強(qiáng)pB，則pApB。17（經(jīng)典能力題）物塊A靜止在粗糙程度均勻的水平桌面上，如圖甲所示，物塊A受到水平拉力F的作用，拉力F隨時間t變化關(guān)系如圖乙所示。小萍從t=0開始，每隔2s記錄一次物塊A的位置（用“”表示物塊A），如圖丙所示，6s12s內(nèi)物塊所受的摩擦力為N，10s14s內(nèi)物塊的平均速度為cm/s。【答案】6；5.5。【解析】（1）由圖丙知，12s18s內(nèi)物塊在相同時間內(nèi)通過的路程相等，所以此時間內(nèi)物塊做勻速直線運動，物塊受到的摩擦力為滑動摩擦力，由圖乙可知此時的拉力F=6N，由二力平衡條件可得，滑動摩擦力f=F=6N；由圖丙可知，610s內(nèi)，物塊處于運動狀態(tài)，物塊受到的摩擦力為滑動摩擦力，滑動摩擦力的大小與接觸面的粗糙程度、物體間的壓力大小有關(guān)，由于接觸面的粗糙程度與物體間的壓力都不變，所以滑動摩擦力大小不變，即6s12s內(nèi)物塊所受摩擦力仍等于6N；（2）由圖丙知，10s14s內(nèi)物塊的平均速度：v=5.5cm/s。18（經(jīng)典能力題）重為40N的物體放在水平地面上，在15N水平拉力作用下做勻速直線運動，物體受到的摩擦力為N，當(dāng)拉力增大為20N時，該物體受到的摩擦力為N【答案】15；15【解析】（1）物體處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)時，受到的力是平衡力；（2）二力平衡的條件：兩個平衡力的大小相等，方向相反，作用在同一物體上，作用在同一直線上；（3）摩擦力的大小和壓力接觸面的粗糙程度有關(guān)，與推力大小無關(guān)物體在15N水平拉力作用下做勻速直線運動，所以物體處于平衡狀態(tài)，因此推力和摩擦力是一對平衡力，大小相等，即f=F=15N；當(dāng)推力增加為20N時，壓力和接觸面的粗糙程度都沒變，所以摩擦力仍為15N三、作圖題：本題共2小題，每小題2分，共4分19（2019福建）如圖，懸掛在天花板下的電燈處于靜止?fàn)顟B(tài)。畫出電燈的受力示意圖。【答案】電燈所受重力和拉力的示意圖如圖：【解答】懸掛在天花板下的電燈處于靜止?fàn)顟B(tài)，受到重力和繩子對它的拉力作用，且是一對平衡力。電燈受到的重力方向豎直向下，作用點在重心上，拉力方向沿繩子向上，作用點也畫在電燈重心上，拉力與重力大小相等。20（2019四川內(nèi)江）如圖所示，刻度尺靜止在手指上，請畫出刻度尺所受力的示意圖。【答案】如圖所示：。【解析】刻度尺靜止在手指上，則接觸處為尺子的重心；刻度尺受到重力G和手指對它的支持力F，且這兩個力平衡；重力從重心豎直向下畫，支持力從重心豎直向上畫，標(biāo)出力的符號，注意兩條線段的長度相同。四、實驗探究題21（2019福建）如圖是“測量滑動摩擦力大小”的實驗裝置示意圖。（1）如圖甲中，將木板固定水平拉動木塊，木塊受到的滑動摩擦力與其受到的水平拉力 大小相等；圖乙中，水平拉動木板，待測力計示數(shù)穩(wěn)定后，木塊受到的滑動摩擦力與其受到的水平拉力 大小相等。（選填“一定”或“不一定“）（2）如圖丙中，水平拉動木板，待測力計示數(shù)穩(wěn)定后，測力計A的示數(shù)為4.0N，測力計B的示數(shù)為2.5N，木塊受到的滑動摩擦力大小為 N若增大拉力，當(dāng)A的示數(shù)為4.8N時，B的示數(shù)為 N。【答案】（1）不一定；一定；（2）2.5；2.5。【解析】（1）摩擦力的大小是通過讀取彈簧測力計的拉力得出的，這是依據(jù)了二力平衡的原理，因此，圖甲要保持物體做勻速直線運動才行。圖甲在拉動木塊時，很難讓木塊保持勻速直線運動狀態(tài)，會導(dǎo)致彈簧測力計的示數(shù)不穩(wěn)定；圖甲與圖乙的最大不同就是一個拉彈簧測力計，一個拉木板，同是做相對運動，但可以看出，圖乙當(dāng)拉動長木板運動的過程中，無論長木板是否做勻速直線運動，木塊始終處于靜止?fàn)顟B(tài)，根據(jù)二力平衡的條件知彈簧測力計的示數(shù)一定等于摩擦力的大小。（2）如圖丙所示，彈簧測力計B的示數(shù)為2.5N，根據(jù)二力平衡，則木塊受到的摩擦力大小為2.5N若拉力增大到4.8N，木板將做加速運動，因壓力和接觸面粗糙程度不變，故木塊受到的摩擦力將不變，還是2.5N。22（2019河北）形狀規(guī)則、質(zhì)量分布均勻的物體，它的重心在它的上。圖所示為質(zhì)量分布均勻但形狀不規(guī)則帶有小孔的薄木板，請用細(xì)棉線、刻度尺、筆和鐵架臺來確定它的重心。（1）操作方法： ； 。（2）判斷方法： 即為簿木板的重心。（3）實驗中沒有利用到的物理知識： （填寫序號）二力平衡的條件重力的方向是豎直向下的重力的大小跟物體質(zhì)量成正比【答案】幾何中心；（1）用細(xì)棉線系住小孔將不規(guī)則的薄木板懸掛起來，當(dāng)木板靜止時，用筆和刻度尺在木板上畫出重力的作用線AB；利用同樣的方法再畫出另一重力作用線CD；（2）AB、CD的交點；（3）。【解析】形狀規(guī)則且質(zhì)量分布均勻的物體，其重心才在物體的幾何中心上。（1）用細(xì)棉線系住小孔將不規(guī)則的薄木板懸掛起來，當(dāng)木板靜止時，用筆和刻度尺在木板上畫出重力的作用線AB；利用同樣的方法再畫出另一重力作用線CD；（2）AB、CD的交點就是薄木板的重心。（3）木板靜止時，根據(jù)二力平衡知識可知，受到的拉力和重力是一對平衡力，作用在同一直線上，由于重力的方向是豎直向下的，這樣可保證重心一定在所畫的線上，而兩條線的交點就是重心的位置。綜上所述，本實驗沒有用到的物理知識的。23（2019四川內(nèi)江）如圖所示，是探究“二力平衡條件”的實驗裝置圖。（1）實驗時使用小車而不使用木塊，是因為小車與桌面間的 更小，從而減小對實驗結(jié)果的影響。（2）在實驗開始時，由于粗心只在左盤中放入砝碼，小車立即向左運動，在運動過程中，左盤中砝碼的重力勢能將 ，動能將 。（選填“變大”、“變小”或“不變”）（3）當(dāng)兩個盤中分別放上兩個相同的砝碼后，小車靜止在桌面上，這說明二力平衡時，兩個力的大小 。【答案】（1）摩擦力；（2）變小；變大；（3）相等。【解析】（1）實驗時使用小車而不使用木塊，將滑動摩擦力變?yōu)闈L動摩擦力，大大減小了摩擦，減小了摩擦對實驗的影響；（2）小車向左運動過程中，左盤中砝碼的質(zhì)量不變，高度減小，重力勢能將變小，砝碼的速度增大，動能將變大；（3）當(dāng)兩個盤中分別放上兩個相同的砝碼后，由于砝碼的重力相同，這兩個力產(chǎn)生的拉力是一對平衡力，小車就能保持靜止，說明彼此平衡的兩個力大小相等。五、綜合計算題24（2019山東威海）小明家有一艘玻璃鋼海釣船，底部平直，其參數(shù)如表所示（柴油熱值q4.3107J/kg，g10N/kg）。（1）不出海時，空船放置在水平沙灘上，船底與沙灘接觸面積為2m2，求船對沙灘的壓強(qiáng)。（2）小明一家某次出海釣魚，人員和釣魚裝備共300kg，船勻速直線行駛4.3km，船受到的阻力為總重力的0.5倍，發(fā)動機(jī)的實際輸出功率為12kW、消耗柴油1kg（假設(shè)柴油完全燃燒）。求：船行駛的速度和發(fā)動機(jī)的效率。【答案】（1）船對沙灘的壓強(qiáng)為1.5103Pa；（2）船行駛的速度為4m/s，發(fā)動機(jī)的效率為30%。【解析】（1）空船的重力：Gmg300kg10N/kg3000N；船對沙灘的壓力等于自身的重力：FG3000N；船底與沙灘的接觸面積為2m2船對沙灘的壓強(qiáng)：p1.5103Pa；（2）人員和釣魚裝備及船的總質(zhì)量為：m300kg+300kg600kg；船受到的阻力為總重力的0.5倍，船勻速直線行駛，根據(jù)二力平衡：fF10.5G總 0.5600kg10N/kg3000N，PFv，v4m/s；做的有用功：W有F1s3000N4300m1.29107J；消耗柴油1kg釋放的能量：Qmq1kg4.3107J/kg4.3107J；發(fā)動機(jī)的效率：30%。25.（2019安徽）如圖，水平地面上一個重為50N的物體，在大小為10N的水平拉力下作用下，向左做勻速直線運動，在5s的時間內(nèi)通過的距離為2m。求物體運動過程中： （1）所受摩擦力的大小； （2）拉力F做功的功率。 【答案】見解析。【解析】（1）解：用10N的水平拉力，拉著物體向左做勻速直線運動，物體處于平衡狀態(tài)，則地面對物體的摩擦力與拉力是一對平衡力，大小相等，故fF10N 答：所受摩擦力的大小為10N（2）解：拉力F做的功：WFs10N2m20J， 拉力F做功的功率：PW/t 20J/5s4W答：拉力F做功的功率為4W18