第三节 二力平衡
平衡状态与平衡力
物理学中，把物体保持静止或匀速直线运动状态称为平衡状态，物体如果在两个力的作用下处于平衡状态，这两个力就互称为平衡力．
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，并且作用在同一直线上．
二力平衡的应用
1．用弹簧测力计测物体的重力时，物体要保持静止状态，此时物体受到的拉力和重力是一对平衡力，所以物体受到重力的大小就等于弹簧测力计的示数(拉力)．
2．在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，当木块保持匀速直线运动时，它受到的摩擦力和拉力是一对平衡力，两个力大小相等，方向相反，所以从弹簧测力计的示数就可知摩擦力的大小．
平衡力与平衡状态
典例1 将一本物理书放在水平桌面上静止时，下列选项中的两个力相互平衡的是( B )
A．书的重力与书对桌面的压力
B．书的重力与桌面对书的支持力
C．书对桌面的压力与桌面对书的支持力
D．书对桌面的压力与课桌的重力
二力平衡的条件是同体、等大、反向、共线，书的重力与书对桌面的压力不反向；书对桌面的压力与桌面对书的支持力不同体；书对桌面的压力与课桌的重力不反向．
二力平衡与相互作用力的比较
相同点：(1)大小相等；(2)方向相反；(3)作用在一条直线上．
不同点：平衡力作用在一个物体上，可以是不同性质的力；相互作用力作用在不同物体上，是相同性质的力．
变式1 下列情景中，处于平衡状态的是( C )
变式2 如图所示，用50 N的水平压力将一重20 N的木块压在竖直的墙壁上，当木块沿竖直方向匀速下滑时，木块受到的摩擦力的大小是( A )
变式2图
A．20 N B．30 N C．50 N D．70 N
探究二力平衡的条件
典例2 在探究“二力平衡条件”的实验中，同学们设计了如图所示的实验装置，其中A为小车，B为木块，C为小卡片．
典例2图
(1)同学们不断改进并先后设计了图甲、乙、丙所示三个方案，他们改进的先后顺序为乙甲丙(用“甲”“乙”“丙”表示)，这样改进是为了减小摩擦力对实验的影响．
(2)实验中通过改变钩码的数量来改变拉力，探究二力平衡的两个力的大小关系．
(3)同学们用图丙所示的装置进行实验时，将小卡片转过一个角度(如图丁所示)，松手后观察到卡片旋转起来，这样做是为了说明二力平衡时两个力应作用在同一直线上．
(4)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图丙所示情况下，小华下一步的操作是用剪刀剪开卡片，观察两卡片运动状态来判断能否平衡．
(5)另外一组同学采用如图戊所示实验装置，该装置能(填“能”或“不能”)完成本实验探究．
(1)图乙为滑动摩擦，图甲为滚动摩擦，图丙只有绳子与滑轮间的摩擦，摩擦力对实验的影响较大，需要尽量减小．(2)实验中通过改变钩码的数量来改变钩码的总质量，从而改变绳子对木块的拉力，探究二力大小的关系．(3)小卡片转过一个角度，松手后小卡片不能平衡，设计此实验步骤的目的是探究不在同一直线上的两个力是否能平衡．(4)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，应该用剪刀把小卡片剪成两个更小的卡片，观察两个更小卡片是否平衡．(5)因为左右两侧各跨过一个定滑轮，定滑轮的位置虽然不等高，但是当两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一个物体上时，同样能完成实验．
变式 如图所示是探究“二力平衡的条件”实验，小车置于水平桌面，两端的轻质细绳绕过定滑轮挂有等重钩码．F1是小车受到的向左的拉力，F2是小车受到的向右的拉力，F1与F2在同一水平直线上．下列说法不正确的是( D )
变式图
A．因为摩擦可忽略，小车在水平方向上只受到F1、F2作用
B．增减钩码个数，是探究二力大小对小车平衡的影响
C．F1、F2大小相等时，小车一定处于平衡状态
D．将小车水平扭转90°时，F1、F2仍在同一直线上
二力平衡的应用
典例3 如图甲所示，重6 N的物体在水平压力F的作用下，压在竖直的墙壁上运动(墙壁各区域的粗糙程度可能不同)．F大小随时间t的变化关系及物体运动的速度随时间t的变化关系如图乙、丙所示，由图像可知，在0～2 s内物体做加速(填“加速”“减速”或“匀速”)运动，方向一定向下(填“一定向下”“一定向上”或“不确定”)；当t＝3 s时，所受摩擦力大小为6N.
典例3图
由图丙v t图像可知，在0～2 s内，物体的速度随时间逐渐变大．由甲、乙、丙图像可知，在0～2 s内，物体做加速运动，摩擦力与重力不平衡，运动方向一定向下．在2～4 s内，物体做匀速直线运动，摩擦力与重力二力平衡．
变式 某同学用绳系住重力为2 N的物体使其沿竖直方向缓慢地做匀速直线运动．若不计空气阻力，第一次拉着物体以速度v1匀速上升时，绳对物体的拉力为2N；第二次拉着此物体以速度v2匀速下降，若v2变式图
1．受到两个力作用的物体，所处的状态是平衡状态的是( C )
A．逐渐变慢向前滚动的足球
B．由高处落下来的石块
C．双手握住竖直竹竿匀速向上爬的人
D．向水底缓慢下沉的马铃薯
2．如图所示，下列四个有关物体运动状态描述的图像中，不能说明物体处于平衡状态的是( D )
3．[2024·盐城]下列情形中，松手后纸片还能保持平衡的是( A )
4．竖直向上抛出的篮球，假设篮球在空中运动的过程中受到的空气阻力大小不变．篮球所受的合力最大的是( A )
A．上升过程中 B．下降过程中
C．在最高点时 D．始终一样大
5．[2024·成都]在“探究二力平衡的条件”实验中，同学们设计了如图所示的甲、乙两种实验方案．小张同学认为乙方案更合理，理由是乙方案中使用小车时摩擦力对实验的影响更小，可以忽略不计．实验中同学们认定小车在水平方向受力平衡，所依据的现象是小车静止．
第5题图
6．[2024·大庆二模]物理兴趣小组的同学们利用如图所示的装置进行“二力平衡条件”的探究：
第6题图
(1)小组将相同质量的砝码放在左右两盘后，把小车转过一个角度，然后松手，观察到小车转动一定角度后恢复到静止状态，说明两个力必须作用在同一条直线上才能平衡．
(2)某次实验中，当左盘砝码质量大于右盘时，小车两边的拉力大小不相等
(填“相等”或“不相等”)，但小车仍处于静止状态．此时小车受到的是(填“是”或“不是”)平衡力，产生这一现象的原因可能是小车受到摩擦力的影响．
(3)为尽量减少以上影响，小敏提出将甲装置中的小车换成小卡片，如图乙所示．为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，小敏下一步操作是B．
A．左右各加一个钩码
B．把卡片剪成两半
C．把卡片扭转一个角度
(4)如果将小车换成轻质弹簧测力计，如图丙所示，在左右两盘各放入重4 N的砝码，忽略盘重和绳重，则弹簧测力计的示数为4N.第三节 二力平衡
平衡状态与平衡力
物理学中，把物体保持 或 状态称为平衡状态，物体如果在两个力的作用下处于平衡状态，这两个力就互称为 ．
二力平衡的条件
作用在同一物体上的两个力大小 、方向 ，并且作用在 ．
二力平衡的应用
1．用弹簧测力计测物体的重力时，物体要保持 状态，此时物体受到的拉力和 力是一对平衡力，所以物体受到重力的大小就 弹簧测力计的示数(拉力)．
2．在“探究滑动摩擦力大小与哪些因素有关”的实验中，当木块保持匀速直线运动时，它受到的摩擦力和拉力是 ，两个力大小相等，方向相反，所以从弹簧测力计的示数就可知摩擦力的大小．
平衡力与平衡状态
典例1 将一本物理书放在水平桌面上静止时，下列选项中的两个力相互平衡的是( )
A．书的重力与书对桌面的压力
B．书的重力与桌面对书的支持力
C．书对桌面的压力与桌面对书的支持力
D．书对桌面的压力与课桌的重力
二力平衡的条件是同体、等大、反向、共线，书的重力与书对桌面的压力不反向；书对桌面的压力与桌面对书的支持力不同体；书对桌面的压力与课桌的重力不反向．
二力平衡与相互作用力的比较
相同点：(1)大小相等；(2)方向相反；(3)作用在一条直线上．
不同点：平衡力作用在一个物体上，可以是不同性质的力；相互作用力作用在不同物体上，是相同性质的力．
变式1 下列情景中，处于平衡状态的是( )
变式2 如图所示，用50 N的水平压力将一重20 N的木块压在竖直的墙壁上，当木块沿竖直方向匀速下滑时，木块受到的摩擦力的大小是( )
变式2图
A．20 N B．30 N C．50 N D．70 N
探究二力平衡的条件
典例2 在探究“二力平衡条件”的实验中，同学们设计了如图所示的实验装置，其中A为小车，B为木块，C为小卡片．
典例2图
(1)同学们不断改进并先后设计了图甲、乙、丙所示三个方案，他们改进的先后顺序为 (用“甲”“乙”“丙”表示)，这样改进是为了减小 对实验的影响．
(2)实验中通过改变钩码的 来改变拉力，探究二力平衡的两个力的大小关系．
(3)同学们用图丙所示的装置进行实验时，将小卡片转过一个角度(如图丁所示)，松手后观察到卡片旋转起来，这样做是为了说明二力平衡时两个力应作用在 上．
(4)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图丙所示情况下，小华下一步的操作是 ．
(5)另外一组同学采用如图戊所示实验装置，该装置 (填“能”或“不能”)完成本实验探究．
(1)图乙为滑动摩擦，图甲为滚动摩擦，图丙只有绳子与滑轮间的摩擦，摩擦力对实验的影响较大，需要尽量减小．(2)实验中通过改变钩码的数量来改变钩码的总质量，从而改变绳子对木块的拉力，探究二力大小的关系．(3)小卡片转过一个角度，松手后小卡片不能平衡，设计此实验步骤的目的是探究不在同一直线上的两个力是否能平衡．(4)为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，应该用剪刀把小卡片剪成两个更小的卡片，观察两个更小卡片是否平衡．(5)因为左右两侧各跨过一个定滑轮，定滑轮的位置虽然不等高，但是当两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一个物体上时，同样能完成实验．
变式 如图所示是探究“二力平衡的条件”实验，小车置于水平桌面，两端的轻质细绳绕过定滑轮挂有等重钩码．F1是小车受到的向左的拉力，F2是小车受到的向右的拉力，F1与F2在同一水平直线上．下列说法不正确的是( )
变式图
A．因为摩擦可忽略，小车在水平方向上只受到F1、F2作用
B．增减钩码个数，是探究二力大小对小车平衡的影响
C．F1、F2大小相等时，小车一定处于平衡状态
D．将小车水平扭转90°时，F1、F2仍在同一直线上
二力平衡的应用
典例3 如图甲所示，重6 N的物体在水平压力F的作用下，压在竖直的墙壁上运动(墙壁各区域的粗糙程度可能不同)．F大小随时间t的变化关系及物体运动的速度随时间t的变化关系如图乙、丙所示，由图像可知，在0～2 s内物体做 (填“加速”“减速”或“匀速”)运动，方向 (填“一定向下”“一定向上”或“不确定”)；当t＝3 s时，所受摩擦力大小为 N.
典例3图
由图丙v t图像可知，在0～2 s内，物体的速度随时间逐渐变大．由甲、乙、丙图像可知，在0～2 s内，物体做加速运动，摩擦力与重力不平衡，运动方向一定向下．在2～4 s内，物体做匀速直线运动，摩擦力与重力二力平衡．
变式 某同学用绳系住重力为2 N的物体使其沿竖直方向缓慢地做匀速直线运动．若不计空气阻力，第一次拉着物体以速度v1匀速上升时，绳对物体的拉力为 N；第二次拉着此物体以速度v2匀速下降，若v2变式图
1．受到两个力作用的物体，所处的状态是平衡状态的是( )
A．逐渐变慢向前滚动的足球
B．由高处落下来的石块
C．双手握住竖直竹竿匀速向上爬的人
D．向水底缓慢下沉的马铃薯
2．如图所示，下列四个有关物体运动状态描述的图像中，不能说明物体处于平衡状态的是( )
3．[2024·盐城]下列情形中，松手后纸片还能保持平衡的是( )
4．竖直向上抛出的篮球，假设篮球在空中运动的过程中受到的空气阻力大小不变．篮球所受的合力最大的是( )
A．上升过程中 B．下降过程中
C．在最高点时 D．始终一样大
5．[2024·成都]在“探究二力平衡的条件”实验中，同学们设计了如图所示的甲、乙两种实验方案．小张同学认为乙方案更合理，理由是乙方案中使用小车时 对实验的影响更小，可以忽略不计．实验中同学们认定小车在水平方向受力平衡，所依据的现象是小车 ．
第5题图
6．[2024·大庆二模]物理兴趣小组的同学们利用如图所示的装置进行“二力平衡条件”的探究：
第6题图
(1)小组将相同质量的砝码放在左右两盘后，把小车转过一个角度，然后松手，观察到小车转动一定角度后恢复到静止状态，说明两个力必须作用在 才能平衡．
(2)某次实验中，当左盘砝码质量大于右盘时，小车两边的拉力大小
(填“相等”或“不相等”)，但小车仍处于静止状态．此时小车受到的 (填“是”或“不是”)平衡力，产生这一现象的原因可能是小车受到 的影响．
(3)为尽量减少以上影响，小敏提出将甲装置中的小车换成小卡片，如图乙所示．为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，小敏下一步操作是 ．
A．左右各加一个钩码
B．把卡片剪成两半
C．把卡片扭转一个角度
(4)如果将小车换成轻质弹簧测力计，如图丙所示，在左右两盘各放入重4 N的砝码，忽略盘重和绳重，则弹簧测力计的示数为 N.
