一、选择题
第 2 节 二力平衡
测试时间:20 分钟
1.如图所示的各种现象中,物体(足球、小孩、电子和火箭)受到平衡力作用而处于平衡状态的是( )
答案 B 小孩从滑梯上匀速滑下,运动快慢和运动方向均没有发生变化,即做匀速直线运动,说明小孩处于平衡状态, 即受到平衡力的作用。C 选项中,核外电子绕原子核匀速转动,运动方向发生改变,没有处于平衡状态。A、D 选项中物体运动速度均在发生变化,也没有处于平衡状态。
如图所示的各物体中,所受的两个力属于一对平衡力的是( )
答案 D 推拉方向盘时,两个力的方向不在一条直线上,不是一对平衡力,故 A 错误;推手时,两个力分别作用在对方的手上,没有作用在同一物体上,不是一对平衡力,故 B 错误;推拉小车时,两个力的方向相同,不是一对平衡力,故 C 错误;提着水桶不动时,拉力与重力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上,是一对平衡力,故 D 正确。
如图所示,小红提着包站在水平地面上,下列各对力中属于平衡力的是( )
手对包的拉力与包对手的拉力
小红的重力与地面对小红的支持力C.手对包的拉力与包的重力
D.包的重力与地面对小红的支持力
答案 C 手对包的拉力与包的重力,大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上,是一对平衡力,C 选项正确。
“春分”是二十四节气之一,在每年农历二月十五日前后(公历大约为 3 月 20~21 日期间),《春秋繁露·阴阳出入上下篇》说:“春分者,阴阳相半也,故昼夜均而寒暑平。”春分是玩竖蛋游戏的最佳时光,故有“春分到,蛋儿俏”的说法。如图所示,当鸡蛋在水平桌面上竖起静止时,下列说法中正确的是( )
A.鸡蛋的重力和鸡蛋对桌面的压力是一对平衡力 B.鸡蛋的重力和桌面对鸡蛋的支持力是一对平衡力
C.鸡蛋对桌面的压力和桌面对鸡蛋的支持力是一对平衡力D.桌子受到的压力和桌子受到的支持力是一对平衡力
答案 B 鸡蛋的重力和鸡蛋对桌面的压力只是大小相等,不是一对平衡力。鸡蛋对桌面的压力和桌面对鸡蛋的支持力是一对相互作用力。桌子受到的压力与鸡蛋重力大小相等,桌子受到的支持力与桌子的重力与鸡蛋的重力之和大小相等, 故不是一对平衡力。故 A、C、D 错误,选 B。
小华在探究“二力平衡的条件”时,先后进行了如图甲、乙所示的实验,其中乙图将纸片旋转了一个角度,该实验是想探究二力平衡时二力( )
A.是否作用在同一直线上B.是否作用在同一物体上C.方向是否相反
D.大小是否相等
答案 A 由题知,小纸片转过一个角度,小纸片两端的拉力就不在一条直线上,纸片会转动,说明不在同一直线上的两个力不能平衡。
丹顶鹤也叫仙鹤,是东亚地区所特有的鸟种,因体态优雅、颜色分明,在这一地区的文化中具有吉祥、忠贞、长寿的象征。如图所示,一只丹顶鹤正沿直线朝斜向上方向匀速滑翔,此过程中,空气对它的作用力的方向( )
A.竖直向上 B.竖直向下
C.与运动方向相同 D.与运动方向相反
答案 A 丹顶鹤沿直线匀速滑翔,处于平衡状态,则丹顶鹤的重力和空气对它的作用力是一对平衡力。重力方向始终竖直向下,故空气对它作用力的方向竖直向上。故选 A。
二、填空题
如图所示,小钢球在光滑水平面上沿直线运动,在小钢球运动路线旁放一磁铁,小钢球将做曲线运动,此时小钢球所受的力是 (选填“平衡”或“非平衡”)力;若小钢球运动到 A 点时,拿走磁铁,小钢球将做 运动;你的理由是 。
答案 非平衡 匀速直线 小钢球在水平方向上不受力
解析 小钢球在光滑的水平面上做曲线运动,其运动方向不断改变,即运动状态不断发生改变,故受非平衡力作用。若小钢球运动到 A 点时,拿走磁铁,由于水平面是光滑的,故小钢球在水平方向上不受力,根据牛顿第一定律可知,小钢球将做匀速直线运动。
图所示的卡通画描绘的是空中跳伞的老鼠吓得大汗淋漓的情景。假设跳伞的老鼠在空中匀速直线下降,它和伞所受的总重力是 20N,则老鼠和伞受到的阻力大小是 N,方向是 。
答案 20 竖直向上
解析 跳伞的老鼠在空中匀速直线下降,说明它和伞所受重力和它们受到的阻力是一对平衡力,而重力为 20N,方向竖直向下,故阻力的大小也为 20N,方向竖直向上。
电灯通过电线挂在天花板上处于静止状态,灯对电线的拉力和电线对灯的拉力是一对 力,电线对灯的拉力和灯所受的重力是一对 力。
答案 相互作用 平衡
解析 电灯通过电线挂在天花板上,灯对电线有向下的拉力,由于物体间力的作用是相互的,则电线对灯有向上的拉力,所以灯对电线的拉力和电线对灯的拉力是一对相互作用力;电线对灯的拉力和灯所受的重力,二力的大小相等、方向相反、作用在同一条直线上,作用在同一个物体上(都作用在电灯上),所以二力是一对平衡力。
三、作图题
画出小明乘坐电梯匀速上升时的受力示意图。
答案 如图所示
解析 因为人站在电梯上,所以受重力和支持力的作用;电梯匀速上升,人所受重力和支持力是一对平衡力,大小相等,方向相反;过重心作竖直向下的力(即重力)和竖直向上的力(即支持力)。
如图所示,一物体在两个力的作用下处于静止状态,请在图中画出另一个力 F2。
答案 如图所示
解析 由二力平衡的条件可知,F2 的大小与 F1 的大小是相同的,方向是相反的,作用在同一个物体上,两个力也在同一条直线上。
四、实验探究题
以下是两组同学分别探究“二力平衡条件”的实验:
第一小组两位同学分别选择木片和纸片做实验如图甲所示:正确的选择是用 [选填“(a)”或“(b)”]图装置完成实验,理由是 。
第二小组同学为了探究平衡时二力大小的关系设计了两个实验装置如图乙所示,符合实验要求的是 [选填“(a)”或“(b)”]图,理由是 。
答案 (1)(b) 纸片的重力可以忽略不计 (2)(b) 两个力作用在同一个物体上[或(a)图中两力是相互作用力]
解析 (1)由于木片所受重力较大,会影响实验效果,而纸片所受重力可以忽略不计,所以应选择纸片进行实验;(2)平衡力必须作用在同一物体上,(a)图中两测力计分别给对方一个力的作用,是相互作用力,(b)图中两个力作用在同一物体上,所以(b)符合要求。
为了研究物体的运动状态与受力情况之间的关系,用钩码(重 1 牛)、测力计、打点计时器和纸带等进行实验。实验中, 先将钩码挂在已调好的测力计下,且处于静止状态,如图(a)所示。接着,在钩码的下端固定纸带,并使纸带穿过打点计时 器,然后分别三次拉动钩码竖直向上运动,每次拉动过程中,观察到一段时间内测力计示数是不变的,纸带上的点记录了这段时间内钩码的运动情况,三次实验如图(b)、(c)、(d)所示。请仔细观察图中的测力计示数和对应的纸带,归纳得出初 步结论。
由图(a)与(b)与(c)可得:
。
由图 (选填图中字母代号)可得:做变速运动的物体受力不平衡。
答案 (1)处于静止或匀速直线运动状态的物体受到平衡力的作用 (2)(a)与(d)或(b)与(d)或(c)与(d)
解析 (1)在弹簧测力计下悬挂着静止的物体,物体受到重力和拉力的作用而平衡,当用弹簧测力计竖直向上匀速拉动物体时,无论速度大小如何,都是平衡状态;
(2)由图(d)中的点分布不均匀,并且间隙越来越大,可知物体做加速直线运动,弹簧测力计示数不等于物体重力,所以做变速运动的物体受力不平衡。
五、综合题
在甲、乙两人手拉手拔河比赛的过程中,甲给乙的拉力为 F1,乙给甲的拉力为 F2。已知,F1=F2,那么,这两个力属于平衡力吗?为什么?
答案 两个力不属于平衡力 因为不是作用在同一物体上
解析 由题意知,甲给乙的拉力为 F1,乙给甲的拉力为 F2。F1=F2,即两个力的大小相等,方向相反,在一条直线上,但两个力不是作用在同一物体上,故不是一对平衡力。
一辆汽车重 1×104N,匀速行驶时受到的所有阻力是其重量的 0.06 倍,汽车受到的牵引力多大?
答 案 600N
解析 阻力 f=0.06G=0.06×1×104N=600N;因为匀速行驶的汽车受到的牵引力与阻力是平衡力,所以 F=f=600N。16.如图,用水平向左的力 F 把物块推靠在竖直的墙壁上静止,请推证:竖直墙面受到的压力 F'等于推力 F,即:F'=F。
答案 见解析
解析 物块水平方向推力 F 与竖直墙面对物块的弹力 F 弹是平衡力,故 F=F 弹;竖直墙面受到的压力 F'与墙面对物块的弹力 F 弹是一对相互作用力,故 F'=F 弹,所以 F'=F。
第 2 节 二力平衡
基础闯关全练拓展训练
1.各物体的受力情况如图所示,属于二力平衡的是( )
答案 D 二力平衡时,两个力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一个物体上,故D 正确。2.(2019 湖南常德期中)关于平衡力,下列说法正确的是( )
A.物体在平衡力的作用下一定处于静止状态B.平衡力一定是作用在同一物体上的力
C.物体在平衡力的作用下一定做匀速直线运动D.两个力方向一定相同
答案 B 若物体受平衡力,则物体处于静止状态或匀速直线运动状态,故A、C 选项错误;平衡力一定是作用在同一物体上的力,故 B 选项正确;相互平衡的两个力,它们的方向一定相反,故D 选项错误。
3.(2018 黑龙江大庆杜尔伯特期中)有一辆小车重 1 200 N,受到的牵引力是 200 N,车在水平面内做匀速直线运动,车受到的阻力是 N,地面对车的支持力是 N。
答 案 200 1 200
解析 小车在水平方向上做匀速直线运动,受到的牵引力和阻力是一对平衡力,大小相等,因此阻力大小等于牵引力的大小,为 200 N;在竖直方向上,受到的重力和支持力是一对平衡力,大小相等,因此支持力大小等于重力的大小,为 1 200
N。
4.(2018 广西北海合浦期中)用钢丝绳系上一个重为 500 N 的物体,当钢丝绳拉着它匀速上升时,绳对物体的拉力是 N;若将拉力增大,则物体速度将 (填“增大”、“不变”或“减小”);当钢丝绳拉着物体静止时,绳对物体的拉力是 N。
答案 500 增大 500
解析 用钢丝绳系上一个重为 500 N 的物体,当钢丝绳拉着它匀速上升时,绳对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,大小相等,所以绳子对物体的拉力是 500 N。若拉力增大,拉力大于重力,物体运动的速度增大。当钢丝绳拉着物体静
止时,绳对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,大小相等,所以绳子对物体的拉力是 500 N。
5.(2018 安徽淮北濉溪月考节选)在“探究二力平衡条件”的活动中,主要通过探究力对物体的作用效果来实现探究目的。
如图,甲装置是探究二力平衡条件的一种方法,实验中通过改变砝码的 来探究二力大小的关系;通过扭转小车松手后观察小车的状态,来探究二力是否 。
小明发现用图甲装置无法完成全部探究过程,又设计了图乙所示的装置。在卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪开,并观察随之发生的现象,由此可以得到二力平衡的又一个条件: 。
答案 (1)质量 作用在同一条直线上 (2)作用在同一物体上
解析 (1)甲装置实验中通过改变砝码质量来改变对小车拉力的大小,所以可探究二力大小的关系;保持两边力相等,用手将小车扭转一个角度后松手,小车不能处于静止状态,要发生转动,可以探究二力是否作用在同一条直线上;(2)当小卡片平衡时,用剪刀将卡片从中间剪断,由于二力不在同一物体上,所以两侧钩码落下,说明二力平衡的又一个条件是两个力必须作用在同一物体上。
能力提升全练拓展训练
1.(2018 广西钦州中考)关于相互平衡的两个力的说法,不正确的是( )
A.方向相同 B.作用点在同一物体上C.大小相等 D.作用在同一直线上
答案 A 大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在同一个物体上的两个力是平衡力,故 A 错误。2.(2019 吉林长春南关一模)如图所示,磁悬浮地球仪静止在底座上方,此时与地球仪重力平衡的是( )
A.地球仪对底座的斥力 B.底座对地球仪的斥力 C.水平面对底座的支持力D.底座对水平面的压力
答案 B 底座对地球仪的斥力和地球仪重力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上,是一对平衡力,故B 选项正确。
3.(2018 广东阳江模拟)某人花费 40 余万元,耗时 7 年时间,成功复原了诸葛亮“运粮车”木牛流马、诸葛连弩,获得专家好评。如图所示是人骑在木牛流马上的情形,此情形中,下列各对力属于平衡力的是( )
A.人对木牛流马的压力和木牛流马的重力B.木牛流马的重力和地面对它的支持力 C.木牛流马对人的支持力和人的重力
D.木牛流马的重力和木牛流马对人的支持力
答案 C 木牛流马对人的支持力和人的重力这两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上,故是一对平衡力,C 选项正确。
4.小强利用如图所示装置,探究“物体处于平衡状态时,支持力与拉力的关系”。他记录的实验数据如表所示。请你根据表中数据归纳出台秤的示数 FN 与弹簧测力计的示数 FT 的关系:FN= 。
FT/N 1.2 2.4 3.6 4.8 5.2 6.4
FN/N 6.8 5.6 4.4 3.2 2.8 1.6
答案 8 N-FT
解析 根据表中数据可知,台秤的示数 FN 和弹簧测力计的示数 FT 之和不变,即 FN+FT=8 N,变形可得:FN=8 N-FT。
三年模拟全练拓展训练
1.(多选)下列关于力的说法正确的是( )
在水平路面上行驶的汽车,受到的牵引力和阻力是一对相互作用力
花瓶静止放置在水平桌面上,花瓶受到的重力和花瓶受到的支持力是一对平衡力C.划船时,桨对水的力和水对桨的力是一对相互作用力
D.加速上升的火箭受到的燃气的推力和火箭自身的重力是一对平衡力
答案 BC 在水平路面上行驶的汽车,受到的牵引力和阻力作用在同一个物体上,不是一对相互作用力,故 A 错误;花瓶静止放置在水平桌面上,花瓶受到的重力和花瓶受到的支持力大小相等、方向相反、作用在同一个物体上、作用在同一条直线上,是一对平衡力,故B 正确;划船时,桨对水的作用力与水对桨的作用力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用于两个不同的物体上,是一对相互作用力,故 C 正确;火箭加速上升时,不是平衡状态,火箭受非平衡力作用,故 D 错 误。
2.如图所示,小车在水平方向受到两个力的作用,我们通过观察小车在水平方向受到不同的两个力作用时,小车是否处于静止来探究二力平衡需要满足哪些条件。
(1)把小车放在较 (选填“光滑”或“粗糙”)的水平桌面上,对实验结论的得出更有利。(2)向两吊盘中加砝码,当两盘中的砝码质量 (选填“相等”或“不相等”)时,小车静止。
(3)保持两吊盘中的砝码质量相等,将小车在桌面上旋转一个角度松手后,小车会 ,直到两边的拉线 。(4)如果将两边的吊盘挂在小车一端的同一挂钩上,且沿同一方向拉小车,发现小车 (填“运动”或“静止”),这表明了小车受到的二力若平衡,必须满足 。
(5)通过上述过程可知:作用在同一物体上的两个力,只有当大小 、方向 ,且作用在 上,才能平衡。
答案 (1)光滑 (2)相等 (3)转动(运动) 在同一条直线上 (4)运动 二力方向相反 (5)相等 相反 同一条直线解析 (1)桌面越光滑,小车所受阻力越小,对实验结论的得出更有利;(2)桌面光滑,小车在水平面上受到两个水平拉力的作用,当两盘中砝码质量相等时,小车受到的拉力相等,小车静止;(3)当水平方向的两个拉力不在同一条直线上时,小车转动,直至拉力在一条直线上时,小车停止转动;(4)小车受到同一方向的拉力,受力不平衡,小车将运动,这表明二力平衡的条件是二力方向必须相反;(5)通过上述实验可知:作用在同一物体上的两个力,只有当大小相等、方向相反,且在同一条直线上时,这两个力才平衡。
五年中考全练拓展训练
1.(2018 吉林中考,5,★★☆)汽车在平直公路上匀速行驶时,下列属于平衡力的是( )
汽车受到的牵引力和阻力
汽车受到的支持力和地面受到的压力C.汽车受到的牵引力和重力
D.汽车受到的牵引力和地面受到的压力
答案 A 汽车在平直公路上匀速行驶时,受到的牵引力和阻力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一个物体上,是一对平衡力,故A 正确。
2.(2019 安徽中考,14 改编,★★☆)如图,A、B 两物块叠放在水平桌面上保持静止。图中分别给出了 A、B 的受力示意图。下列说法正确的是( )
A.F2 大小大于 GA、F1 两个力大小之和 B.F1 与 F3 是一对作用力与反作用力 C.GA 与 F2 是一对平衡力
D.F2 与 F1 是一对平衡力
答案 B 由图知,A 物块受到向上的支持力 F2、向下的重力 GA、B 对 A 向下的压力F1;B 物块受到向上的支持力 F3 和向下的重力 GB。以 A 物块为研究对象,A 物块在水平桌面上保持静止,由图示和力的平衡条件可得:F2=GA+F1,故可知 A、C、D 三个选项说法均错误。B 对 A 有向下的压力 F1,因力的作用是相互的,则 A 对 B 有向上的支持力 F3,所以 F1 与 F3 是一对作用力与反作用力,故B 选项正确。
3.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。则无人机在空中( )
A.悬停时,重物受到的重力与它对细线的拉力是一对平衡力B.加速上升时,细线对重物的拉力大于重物所受的重力
C.匀速下降时,重物所受的重力大于细线对重物的拉力D.水平匀速飞行时,悬挂重物的细线会偏离竖直方向
答案 B 重物所受重力的受力物体是“重物”,重物对细线拉力的受力物体是“细线”,受力物体不同,故 A 错误;加速上升说明拉力大于重力,故 B 正确;匀速下降,拉力与重力是一对平衡力,大小相等,故 C 错误;水平匀速飞行,说明重物受平衡力作用,重力竖直向下,拉力应竖直向上,故D 错误。
4.起重机的钢绳吊着 5×103 N 的重物,先以 0.5 m/s 的速度匀速上升,后静止在空中,再以
1 m/s 的速度匀速下降,在这三个运动状态下,钢绳对重物的拉力分别为 F1、F2、F3,则 F1 F2 F3(填 “>”、“<”或“=”)。
答 案 = =
解析 当物体匀速上升、静止或匀速下降时,受到的拉力与重力都是平衡力,大小都等于重力,所以 F1=F2=F3。
核心素养全练拓展训练
(2019 北京西城二模)在探究二力平衡条件的实验时,小军采用如图所示的方案:将系于小卡片(重力可忽略不计)两对角
的细线分别跨过左右支架上的滑轮,在细线的两端挂上等质量的钩码,小卡片静止。小军想利用反证法证明:“二力平衡的条件之一是两个力大小相等”,他应该进行的实验操作是 。
答案 从左侧(或右侧)摘掉(或加挂)一个钩码
解析 本题考查了利用“反证法”进行实验设计的能力。要利用反证法证明“二力平衡的条件之一是两个力大小相等”, 需要改变小卡片一侧拉力大小,观察小卡片是否平衡,所以需要进行的实验操作是从左侧(或右侧)摘掉(或加挂)一个钩
码。
