8.2二力平衡
☆知识回顾
1.二力平衡的条件是:作用在_______________上的两个力大小__________,方向__________,且作用在_________________上。
2.二力平衡和相互作用力:
(1)相同点:大小___、方向______、作用在一条直线上;
(2)不同点:二力平衡作用在______物体上;相互作用力作用在______物体上。
3.物体受到几个力作用时,如果保持______或___________状态,我们就说这几个力平衡。
☆基础巩固
一、单选题
1.如图所示,能使物体做匀速直线运动的受力示意图是( )
A. B.
C. D.
2.下列运动的物体中,受力平衡的是( )
A.自由下落的苹果 B.加速上升的飞机
C.匀速上坡的汽车 D.起跳的跳高运动员
3.如图所示,铅笔放在桌面上,用手指压笔尖。在手指压笔尖时,手指与笔尖间的力( )
A.手指与笔尖之间的力是相互的 B.只有笔尖对手指的支持力
C.手指与笔尖之间力是平衡力 D.只有手指压笔尖的力
4.图所示为某同学在体育课上抛出实心球的情景,实心球被抛出后先向上运动,然后下落,落地后在地面滚动一段距离后静止。下述过程中,实心球受到平衡力作用的是( )
A.抛出后的向上运动过程 B.抛出后的向下运动过程
C.在地面上滚动一段距离 D.静止在地面上
5.如图是一列在平直轨道上以270km/h行驶的高铁的某节车厢,车顶用绳子悬挂着质量为0.5kg的铁球,忽略空气阻力,若剪断绳子,铁球在下落过程中,受到竖直向上的力的大小为( )
A.0.5N B.5N C.50N D.0N
6.如图所示,四旋翼无人机下方用细线悬挂一个重物,不考虑空气阻力。下列说法正确的是( )
A.悬停时,重物受到的重力与它对细线的拉力是对平衡力
B.匀速上升时,细线对重物的拉力大于重物所受的重力
C.匀速下降时,细线对重物的拉力小于重物所受的重力
D.水平匀速直线飞行时,悬挂重物的细线仍保持竖直方向
7.分别用力F1、F2拉同一物体,使物体先后沿竖直方向向上、向下运动,物体运动的s-t图像分别如图中的a、b所示,不计空气阻力,则( )
A.F1可能大于F2,二力方向一定相同
B.F1可能大于F2,二力方向可能相同
C.F1一定等于F2,二力方向一定相同
D.F1一定等于F2,二力方向可能相同
8.水平桌面上的物理书处于静止状态,则下列说法中正确的是( )
A.书受到的重力和桌面对书的支持力是一对平衡力
B.书受到的重力和书对桌面的压力是一对平衡力
C.桌面对书的支持力和书对桌面的压力是一对平衡力
D.桌子受到的重力和书对桌面的压力是一对平衡力
9.如图,甲的实验方案优于乙的实验方案。其主要原因是________。
A.减少摩擦力对实验结果的影响
B.小卡片是比较容易获取的材料
C.容易让小卡片在水平方向上保持平衡
D.小卡片容易扭转
10.在水平地面上,一物体在水平拉力作用下沿直线运动,其s-t图像如图,其中0-1s内和3-4s内的图像为直线,1-3s内的图像为曲线,则下列说法中正确的是( )
A.1-2s内物体处于平衡状态
B.1-3s内物体做加速直线运动
C.0-1s内物体做匀速直线运动
D.3-4s内水平拉力一定为零
二、填空题
11.小明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;正在减速行驶的汽车若受到的力都同时消失,汽车将处于______状态。
12.如图所示,质量相等的甲、乙两同学站在各自滑板上相对而立,如果甲用100N的力推乙,那么乙对甲的推力________(选填“大于”“小于”或“等于”)100N;甲乙两同学在用力之后都向后运动,说明力的作用是________的;地面对甲的支持力与甲的________力是一对平衡力。
13.在平直路面上,一个人沿水平方向用50N的力推一辆质量为60kg的小车匀速向西运动。路面对小车的支持力为______N,小车受到的阻力为______N,方向向______。
14.如图所示,将乒乓球竖直向上抛出,在A、B、C三点的速度分别为vA=4m/s,vB=2m/s、vC=0。不计空气阻力,如果乒乓球在经过B点时,重力突然消失,则乒乓将做_________运动,速度大小为_________m/s,如果乒乓球在经过C点时,重力突然消失,则乒乓球将_________。乒乓球在C点受到的力_________平衡力(选填“是”、“不是”)。
15.用钢丝绳系上一个重为500N的物体,当钢丝绳拉着它以2m/s的速度匀速上升时,绳对物体的拉力是___________N;当钢丝绳拉着物体静止时,绳对物体的拉力是___________N;当钢丝绳拉着物体以1m/s的速度匀速下降时,绳对物体的拉力是___________N。
16.如图所示,用细线悬挂的小球由位置A经位置B摆动到最高点C(不计空气阻力),当小球摆到位置B时,小球受到 ______个力作用,处于 ______(选填“平衡”或“非平衡”)状态;若小球运动至位置B时恰好细线断开,同时小球所受外力全部消失,则小球后来的运动轨迹是图中的 ______(选填“①”“②”或“③”)。
三、实验题
17.在研究二力平衡的实验中,小红和小明分别设计了如图甲、乙所示的两种实验方案。
(1)小红将系在小卡片(重力可以忽略不计)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,使作用在卡片上的两个拉力的方向相反,并且通过调整钩码个数来改变拉力的大小。当小卡片平衡时小红将小卡片转过一个角度,松开后小卡片______(填“能”或者“不能”)平衡。设计此实验步骤的目的是为了探究______;
(2)小明设计了如图乙所示的实验,将木块放在水平桌面上,实验时,小明发现当向左盘和右盘同时加入一个相等重量的砝码时,木块处于静止状态。小明再把右盘中的砝码换成一个稍重一点的砝码时,发现木块仍然处于静止状态,这时木块在水平方向受到的力______(填“平衡”或“不平衡”)。请你分析对实验影响的不利因素(写一条)______。
18.阅读短文,回答问题:
物体在流体中运动时,会受到阻力作用,该阻力叫做流体阻力。流体阻力大小跟相对运动速度大小有关,速度越大,阻力越大;跟物体的横截面积有关,横截面积越大,阻力越大;跟物体的形状有关,头圆尾尖(这种形状通常叫做流线型)的物体所受阻力较小。物体从高空由静止下落,速度会越来越大,所受阻力也越来越大,下落一段距离后,当阻力大到与重力相等时,将以某一速度做匀速直线运动,这个速度通常被称为收尾速度。某研究小组做了“空气对球形物体阻力大小与球的半径和速度的关系”的实验,测量数据见下表。(g取10N/kg)
小球编号 1 2 3
小球质量(g) 2 5 45
小球半径(cm) 0.5 0.5 1.5
小球的收尾速度(m/s) 16 40 40
(1)在实际应用中,有时需要减小物体所受的流体阻力,有时需要增大物体所受的流体阻力,以下在正常运行或工作过程中需要增大流体阻力的是______;
A.动车组
B.核潜艇
C.C919大飞机
D.降落伞
(2)1号小球在收尾速度时受到的空气阻力为______N;
(3)半径相同的小球,质量______(选填“大”或“小”)的收尾速度大;
(4)当3号小球的速度为20m/s时,其所受到的空气阻力______(选填“大于”、“等于”或“小于”)重力。
四、简答题
19.在抗击新冠疫情期间,一些热心市民利用无人机捐赠物品。重庆作为西部地区创新高地,无人机产业也正迎来高速发展期。预计到2020年,全市年产无人机将达到120万台。如图所示,是重庆市某航空工业公司近日最新研发出一款消防无人机,它一次能负载30公斤的重物从基地升高并自主飞行到指定位置,它有四个轴,每个轴上都有一个电机和螺旋桨,使无人机能够稳定地悬停在空中进行作业,无人机靠可充电锂电池维持飞行,充满一组锂电池可供飞机工作半小时左右,机身下方安装了摄像头,利用无线遥控器对无人机进行飞行和摄像控制。
请找出一个与以上情景有关的物理信息,并指出对应的物理知识,不得与示例重复。
示例:
物理信息:利用无线遥控器对无人机进行控制;
物理知识:利用电磁波传递信息。
作答:
物理信息:_____________________;
物理知识:____________________________。
参考答案
☆知识回顾
1.同一物体 相等 相反 同一直线
2.相等 相反 同一 不同
3.静止 匀速直线运动
☆基础巩固
1.B
2.C
3.A
4.D
5.D
铁球和车厢一起向右做匀速直线运动,处于平衡状态;若剪断绳子,铁球在下落过程中,忽略空气阻力,铁球只受到竖直向下的重力的作用,所以竖直向上的力的大小为0。故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
6.D
A.悬停时,重物受到的重力与它对细线的拉力,二力作用在不同的物体上,所以不是一对平衡力,故A错误;
B.匀速上升时,重物也匀速上升,处于平衡状态,则细线对重物的拉力等于重物所受的重力,故B错误;
C.匀速下降时,重物也匀速下降,处于平衡状态,则细线对重物的拉力等于重物所受的重力,故C错误;
D.水平匀速飞行时,重物处于平衡状态,不计空气阻力,细线对重物的拉力与重物所受的重力大小相等、方向相反,所以悬挂重物的细线不会偏离竖直方向,故D正确。
故选D。
7.C
由图可知,a、b的s-t图像为一条斜线,这表明物体做的是匀速直线运动,a的速度要大于b的速度;物体在竖直方向上做匀速直线运动时,不计空气阻力,受到竖直向上的拉力、竖直向下的重力,这两个力是一对平衡力,大小相等,故F1一定等于F2,二力方向相同,故C正确,ABD不符合题意。
故选C。
8.A
A.书受到的重力作用在书上,桌面对书的支持力也作用在书上,书在这两个力的作用下处于受力平衡状态,故这两个力是一对平衡力,故A正确;
B.书受到的重力作用在书上,书对桌面的压力作用在桌面上,两个力不作用在同一个物体上,故不是一对平衡力,故B错误;
C.桌面对书的支持力作用在书上,书对桌面的压力作用在桌面上,两个力不作用在同一个物体上,故不是一对平衡力,故C错误;
D.桌子受到的重力竖直向下,书对桌面的压力也是竖直向下,两个力的方向不是相反,且力的大小不相等,故这两个力不是一对平衡力,故D错误。
故选A。
9.A
乙实验将木块放在水平桌面上,木块和水平桌面之间就会产生摩擦力,就会影响实验效果(当木块两端的拉力相差很小时,因为受到摩擦力的作用,木块仍保持平衡);而甲的实验方案则减少了摩擦力对实验结果的影响。故A正确,BCD错误。
10.C
AB.1-3s内物体在相同的时间内通过的路程变小,做减速运动,不是平衡状态,故AB错误;
C.由图象可知0-1s内,物体通过的路程与运动时间成正比,做匀速直线运动,故C正确;
D.3s-4s内物体物体通过的路程为零,说明物体处于静止状态,物体不受水平拉力或水平拉力与阻力平衡,故D错误。
故选C。
11.等于 匀速直线运动
12.等于 相互 重
13.600 50 东
14.匀速直线 2 静止 不是
15.500 500 500
16.两 非平衡 ①
17.不能 不在同一直线上的力是否平衡 平衡 木块和桌面之间的摩擦力影响实验
18.D 0.02 大 小于
(1)[1]动车、核潜艇、大飞机都是流线型的,其目的是为了减小在行驶时受到的阻力,而降落伞的横截面积较大,是为了增大阻力,故ABC不符合题意,D符合题意。
故选D。
(2)[2]由题意知,当1号小球受到空气阻力最大时的速度应为小球的收尾速度,故
1号小球受到空气阻力最大时,物体处于二力平衡状态,结合表格,空气阻力等于重力
(3)[3]由控制变量法及表格编号1、2可知,2g小球收尾速度是16m/s,5g小球收尾速度是40m/s,故得对于半径相同的小球,质量大的收尾速度大。
(4)[4]对于3号小球,当空气阻力等于重力时,速度为收尾速度,大小是40m/s,当速度是20m/s时,还没有达到收尾速度,也就是说阻力此时小于重力,因为还处于加速阶段。
19.机身下方安装了摄像头 利用凸透镜成像规律
[1][2]由题可知,无人机机身下方安装了摄像头,摄像头的工作原理利用了凸透镜成像规律;使无人机能够稳定地悬停在空中进行作业,利用了竖直方向上重力与升力的二力平衡。