二力平衡
【学习目标】
1、知道什么是平衡状态,平衡力;
2、理解二力平衡的条件;
3、会用二力平衡的条件解决问题。
【要点梳理】
要点一、平衡状态和平衡力
物体在几个力的作用下保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说该物体处于平衡状态。物体在受到几个力作用时,如果保持静止状态或匀速直线运动状态,我们就说这几个力是平衡力。
要点诠释:
1.平衡力与平衡状态的关系:物体在平衡力的作用下,处于平衡状态,物体处于平衡状态时要么不受力,若受力一定是平衡力。
2.物体受平衡力或不受力保持静止或匀速直线运动状态。
要点二、二力平衡
作用在同一物体上的两个力,如果大小相等、方向相反,并且在同一条直线上,这两个力就彼此平衡。
要点诠释:
1.二力平衡的条件
概括说就是“同物、等大、反向、共线”。
(1)同物:作用在同一物体上的两个力。
(2)等大:大小相等。
(3)反向:两个力方向相反。
(4)共线:两个力作用在同一条直线上。
2.二力平衡的条件的应用:
(1)根据平衡力中一个力的大小和方向,判定另一个力的大小和方向。
(2)根据物体的平衡状态,判断物体的受力情况。
3.二力平衡与相互作用力的区别
平衡力 相互作用力
相同点 大小相等,方向相反,作用在同一直线上
不 同
点 受力物体 作用在同一物体上 作用在两个不同物体上
受力情况 受力物体是同一个,施力物体不是同一物体? 两个物体互为施力者,互为受力者
力的变化 一个力变化(增大、减小或消失),另一个力不一定变化,此时物体失去平衡 同时产生,同时变化,同时消失
【典型例题】
类型一、基础知识
1、在“探究二力平衡的条件”的实验中:
(1)甲、乙两组同学分别选择器材后,设计组装的装置如图所示。老师指出乙组同学选择的器材更加合理,其原因是:_________________________。
(2)当物体处于静止状态或_________________状态时我们认为它处于平衡状态,在实验中让小车静止而不做匀速直线运动的原因是_______________________________。
(3)乙组同学通过调整___________来改变拉力的大小,当两盘内所放砝码数量相等时,即小车受到向左和向右的拉力相等时,小车才会保持静止,这说明平衡的两个力要满足:①_______________________;②_________________________。
【答案】(1)将小车放在水平桌面上可减小小车与水平面间的阻力 (2)匀速直线运动 静止状态便于操作 (3)钩码个数 ①大小相等 ②方向相反
【解析】(1)甲图中木块与桌面间是滑动摩擦,乙图中的小车与桌面间的摩擦力是滚动摩擦,滚动摩擦力小于滑动摩擦力,乙图中将小车放在水平桌面上可减小小车与水平面间的摩擦力,则乙组同学选择的器材更加合理;
(2)物体静止或做匀速直线运动时,物体处于平衡状态,物体受到平衡力的作用;为了便于操作在本实验中应让小车处于静止状态进行研究;
(3)实验中通过调整钩码的个数来改变拉力的大小,只有当小车受到向左和向右的拉力相等时,小车才会保持静止,说明的平衡的两个力要满足:两个力的大小相等且两个力的方向相反。
【总结升华】此题探究的是二力平衡的条件,二力平衡是初中物理力学中的难点,也是一个重点需要掌握。
举一反三:
【变式】如下图所示,下列物体受到两个力的作用彼此平衡的是( )
A. B.
C. D.
【答案】B
2、在下列事例中,物体受平衡力作用的是( )
A.原来静止的火车开出站台
B.小孩乘坐摩天轮匀速转动
C.熟透的苹果从树上下落
D.人站在自动扶梯上匀速斜向上运动
【答案】D
【解析】受平衡力作用的物体会保持静止或匀速直线运动状态。A、原来静止的火车开始出站台,由静止变为运动,运动状态改变,故A错误;B、小孩乘坐摩天轮匀速转动,运动方向不断变化,运动状态改变,故B错误;C、熟透的苹果从树上下落,速度加快,运动状态发生了改变,故C错误;D、人站在自动扶梯上匀速斜向上运动,速度大小和方向都不变,运动状态不变,故D正确。故选D。
【总结升华】此题需要识记的内容有:
①物体如果保持静止或匀速直线运动状态,那么该物体就处于平衡状态;
②平衡力需满足四个条件:同物、同线、等大、反向,缺一不可。
3.如图所示是一款没有“地轴”的地球仪,接通电源,地球仪就能漂浮在空中,当它“漂浮”在空中时,下列分析正确的是
A.它没有受到力的作用
B.它受到的磁力与重力方向相同
C.它受到的磁力和重力相互平衡
D.它受到的磁力一定大于重力
【答案】C
【解析】根据题意知道,地球仪接通电源后能够漂浮在空中,说明其受磁力作用,漂浮在空中的地球仪,处于静止状态,即磁力与重力平衡,大小相等,方向相反,所以只有C正确,故选C。
【总结升华】本题易错点是把平衡力和相互作用力混淆,平衡力和相互作用力的本质区别是否作用在同一物体上。
举一反三:
【变式】如图所示,不倒翁能稳稳地立在桌面上,设不倒翁受到的重力为G,桌面对它的支持力为N,它对桌面的压力为F,则( )
A.G与N是一对相互作用力 B.N与F是一对平衡力
C.G与F是一对相互作用力 D.G与N是一对平衡力
【答案】D
【解析】不倒翁能稳稳地立在桌面上,桌面受到压力N的大小等于不倒翁受到的重力G的大小;不倒翁受到的支持力作用点在重心上,方向竖直向上;重力的作用点也在重心上,方向竖直向下。所以G与N是一对平衡力;不倒翁对桌面的压力F,作用在桌子上,方向竖直向下。而压力F的受力物是桌子,所以N与F不是一对平衡力,G与F不是一对相互作用力。故选D。
类型二、知识应用
4、用钢丝绳系着一个重500 N的物体,当钢丝绳拉着物体匀速上升时,绳对物体的拉力_______500 N(选填“>”、“<”、“=”);当钢丝绳拉着物体悬在空中静止不动时,绳对物体的拉力是_______N;当钢丝绳拉着物体以2 m/s的速度匀速下降时,物体受到的合力是________N。
.【答案】= 500 0
【解析】用钢丝绳系上一个重为500N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500N;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500N;当钢丝绳拉着物体以2m/s的速度匀速下降时,绳对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,平衡力的合力为0 N。
5、用弹簧测力计两次拉动重为G的物体竖直向上运动,两次运动的路程随时间变化的图象如图所示,其对应的弹簧测力计的示数分别为F1和F2,则F1________(选填“>”“=”或“<”)F2。
【答案】=
【解析】由图象可知物体两次都做匀速直线运动,都处于平衡状态,故物体受到的重力和拉力为一对平衡力,物体重力不变,所以F1=F2。
【巩固练习】
一、填空题
1、作用在一个物体上的两个力,如果大小________,方向________,并且在________,则这两个力彼此平衡。
2、一个物体只受到一对平衡力的作用,这个物体将________,若其中一个力的大小为203 N,方向竖直向上,那么另一个力的大小是________N,方向________。
3、原来正在做匀速直线运动的物体,现突然给它施加一对平衡力,该物体将________。
4、如图所示,起重机吊起10000N的货物静止不动时,钢丝对货物的拉力为________N,以1m/s的速度匀速上升时,钢丝对货物的拉力为________N,若以2m/s的速度匀速下降,钢丝对货物的拉力________(填“大于”、“小于”或“等于”)10000N。
5、体重为600N的跳伞员从高空跳下,打开伞后他匀速下落,在下落过程中,他受到伞绳的拉力是________N,方向________。
6、物体在30N的拉力作用下,沿水平方向做匀速直线运动,如图所示物体受到的阻力是________N。
二、选择题
7、物体在平衡力作用下 ( )
A.一定做匀速直线运动
B.一定保持静止状态
C.保持静止状态或匀速直线运动状态
D.运动状态一定不变
8、下列有关平衡力的说法,正确的是 ( )
A.物体在平衡力的作用下,一定是静止的
B.平衡力一定是作用在两个物体上的力
C.静止在桌面上的苹果受到平衡力的作用
D.处于平衡状态的物体,一定是受到两个平衡的力
9、下列四种情况中,物体处于平衡状态的是 ( )
A.草地上滚动的足球
B.自由下落的石块
C.双手握住竖直的竹竿匀速上爬的人
D.沿斜坡向上行驶的汽车
10、下图所示的两个力中,是一对平衡力的是 ( )
11、用电线挂在天花板上的电灯,静止时受到的力是一对平衡力的是 ( )
A.板对线的拉力和线对板的拉力
B.电灯对线的拉力和线对电灯的拉力
C.线对电灯的拉力和电灯受到的重力
D.电灯对线的拉力和电灯受到的重力
12、一辆重40000N的载重汽车在水平公路上匀速行驶时,所受阻力是4800N,则它受到的牵引力( )
A.等于40000N B.等于4800N
C.大于400000N D.大于4800N
三、简答与实验题
13、马用50N的力拉着货车在水平路面上匀速前进,如图所示。则车受到几对平衡力的作用?其中拉力与哪个力平衡?这个力的大小是多少?方向如何?
14、李同学通过实验研究物体受力情况与运动状态之间的关系。他将一个小瓶挂在氢气球下,瓶内装入适量的水,如图(a)所示,瓶与水的总重为1牛,松手后,小瓶静止;接着他两次调整瓶内水的质量,如图(b)和(c)所示.松手后,小瓶分别向下、向上运动。他还用DIS设备测出小瓶每次受到的拉力大小都为1牛。请根据实验现象及相关条件,归纳得出初步结论。
(1)由图(a)可知: ;
(2)由图(b)和(c)可知: 。
15、如图所示是水平地面上静止的足球,请画出足球受力的示意图。
【答案与解析】
一、填空题
1、【答案】相等;相反;同一直线上
2、【答案】静止或做匀速直线运动,203,竖直向下
【解析】物体在平衡力作用下将保持静止状态或匀速直线运动状态。已知两个力平衡,另一个力大小与已知力的大小相等、方向相反。
3、【答案】仍做匀速直线运动
【解析】物体原来在做匀速直线运动,说明它受到的力是平衡力或者不受力,当突然给它施加一对平衡力,则物体受到平衡力的作用,故它的运动状态不会发生改变,仍然做匀速直线运动。
4、【答案】10000,10000 , 等于
【解析】无论货物静止或以大小不同的速度做匀速直线运动,都是处于平衡状态,货物所受拉力和重力始终是一对平衡力。
5、【答案】600;竖直向上
6、【答案】30
二、选择题
7、【答案】C
8、【答案】C
【解析】 物体在平衡力的作用下处于静止状态或匀速直线运动状态,平衡力可能是两个力平衡也可能是多个力平衡。
9、【答案】C
【解析】平衡状态指的是物体的运动状态保持不变。A现象足球会减慢而最终停止,B现象石块下落过程速度会加快,故均不处于平衡状态;D现象运动速度无法确定是否在改变,故无法判断它是不是处于平衡状态。
10、【答案】B
【解析】图A、C所示两个力不在同一条直线上,图D所示两个力不在同一个物体上,故均不是一对平衡力。
11、【答案】C
【解析】A、B选项中分别为一对相互作用力,D选项中两个力分别作用在两个物体上,只有C选项中两个力满足“同体、等值、反向、共线”二力平衡的条件。
12、【答案】B
【解析】汽车在水平路面上做匀速直线运动,阻力和牵引力是一对平衡力,其大小相等,故牵引力大小等于4800 N。
13、【答案】车受到两对平衡力;拉力与阻力是一对平衡力;阻力的大小是50N,方向水平向右。
【解析】货车在竖直和水平两个方向上都处于平衡状态,故两个方向上都受到平衡力的作用。
14、【答案】:(1)当物体受力平衡时,运动状态不发生改变。
(2)当物体受力不平衡时,运动状态发生改变。
【解析】在a图中,小瓶和水受到的总重力和拉力是一对平衡力,小瓶此时受到的合力为零,所以当物体受力平衡时,运动状态不发生改变。
从b图中可以看出,小瓶和水受到的总重力一定大于1N,拉力为1N,所以合力向下;c图中小瓶和水受到的总重力小于1N,合力向上,所以由图(b)和(c)可知:当物体受力不平衡时,运动状态发生改变。
15、【答案】如图所示
【解析】静止在水平地面上的足球在竖直方向上受到重力和支持力的作用。