1、专题08 二力平衡的条件 专题学啥 1.二力平衡：物体在受到两个力的作用时，如果能保持静止状态或匀速直线运动状态，那么这两个力相互平衡。2.二力平衡的条件：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。3.探究二力平衡实验需要学通的基础知识（1）在探究究二力平衡问题时，什么因素影响实验结果？答：摩擦力（2）你认为右图哪个实验更合理？答：甲，应为乙物体受到的摩擦力大，对实验效果影响大。（3）如何判断物体是否处于平衡状态？答：当物体保持静止或匀速直线运动状态时，都可以判定物体处于平衡状态（4）实验中如何改变拉力的大小？答：通过改变砝码的个数，来改变对小车
2、的拉力大小（5）定滑轮有什么作用：答：改变拉力的方向（6）如何探究两个力作用在同一物体上？答：将纸板从中间剪开，观察纸板是否还处于平衡状态。（7）如何探究两个力在同一直线上：答：把纸板转动一个角度，然后松手，观察小车的运动状态（8）实验结论：二力平衡条件：同体、等大、方向、共线。（9）实验方法：控制变量法（10）选择静止状态的原因：匀速运动状态不好控制。（11）进行多次实验的目的：得出普遍规律，避免偶然性。 专题考法 【例题1】（2019湖北荆州）2022年第24届冬季奥林匹克运动会将在我国举行，如图是滑雪运动员正在训练的场景，下列说法正确的是（）A使用雪橇滑雪是通过减小压力来减小压强的B运动
3、员加速滑行时，地面对雪橇的支持力与雪橇对地面的压力是一对相互作用力C当运动员匀速直线滑行时，雪橇的重力与地面对雪橇的支持力是一对平衡力D运动员冲过终点后不能立即停止滑行，是由于运动员受到惯性力的作用【答案】B【解析】A.运动员使用雪橇，这样增大了与雪地的受力面积，从而减小压强，故A错误；B.运动员加速滑行时，地面对雪橇的支持力与雪橇对地面的压力，大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在两个物体上，是一对相互作用力，故B正确；C.当运动员匀速直线滑行时，雪橇的重力与地面对雪橇的支持力不相等，不是一对平衡力，故C错误；D.惯性是一种性质，不是力，故D错误。【例题2】（2019贵州铜仁）小明在
4、探究“二力平衡”条件的实验中，设计了如图所示的两种实验方案。 (1)通过实验比较，小明发现采用方案乙，实验效果更好，原因是 。(2)该实验装置中，木板两端的定滑轮的作用是 。(3)保持两盘中砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度，放手后观察到小车转动，最后恢复到静止状态。这个实验现象说明:作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且 ，这两个力才能彼此平衡。(4)小明在探究完“二力平衡”条件的实验后，又利用该装置进行探究，剪断小车左边的细线后，小车由静止向右运动，此现象说明力可以改变物体的 。【答案】（1）滚动摩擦力小于滑动摩擦力，减小了摩擦力对实验的影响；（2）能改变作用力的方向
5、；（3）作用在同一条直线上；（4）运动状态。【解析】（1）通过实验比较，小明发现采用方案乙，实验效果更好，原因是滚动摩擦力小于滑动摩擦力，减小了摩擦力对实验的影响；（2）该实验装置中，木板两端的定滑轮的作用是能改变作用力的方向；（3）保持两盘砝码质量相等（即让两边的拉力相等），把木块扭转一个角度，使拉力F1和F2不再同一条直线上，观察到木块发生转动，当木块重新恢复到原来的静止状态时，拉力F1和F2作用在同一条直线上；这个实验现象说明：作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上，这两个力才能彼此平衡。（4）小明在探究完“二力平衡”条件的实验后，又利用该装置进行探究，剪断
6、小车左边的细线后，小车由静止向右运动，小车受力不再平衡，此现象说明力可以改变物体的运动状态。 专题操练 一、选择题1（2019山东泰安）如图所示，完全相同的A、B两个长方体物块叠放在水平桌面上，用F20N的水平向右的力作用在A物块上，A、B一起向右做匀速直线运动，经过3s，两个物块一起移动了60cm的距离。下列相关说法中（）物块B受到的重力和地面对B的支持力是一对平衡力物块A对B的摩擦力大小是20N，方向向右地面对B的摩擦力大小是20N，方向向右拉力F的功率为4WA只有正确B只有正确C只有正确D只有正确【答案】D【解析】地面对B的支持力等于A和B的重力之和，故物块B受到的重力和地面对B的支持力
7、大小不等，不是一对平衡力。故错误。以B为研究对象，B做匀速直线运动，处于平衡状态，受到平衡力的作用，而B受到地面对它的摩擦力作用，方向水平向左，所以物块A对B的摩擦力方向向右，大小是20N，故正确。A、B一起向右做匀速直线运动，则地面对B的摩擦力方向水平向左，根据二力平衡可得大小是20N故错误。拉力F做的功：WFs20N0.6m12J，功率为P4W故正确。2.（2019安徽）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与GA、F1两个力的合力是一对作用力与反作用力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.
8、F2与F1是一对平衡力【答案】 B 【解析】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 ， A、以A为研究对象，A物块在水平桌面上保持静止，受力平衡；GA、F1两个力的合力方向向下，合力的大小GA+F1F2 ， 则可知F2与GA、F1两个力的合力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，均作用在A物块上，所以是一对平衡力，不是一对相互作用力，A不符合题意；B、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，B符合题意；C、A物块处于静止状态，由图示和力的
9、平衡条件可得：F2GA+F1 ， 则GA与F2的大小不等，所以GA与F2不是一对平衡力，C不符合题意；D、A物块处于静止状态，由力的平衡条件可得：F2GA+F1 ， 则F2与F1的大小不等，所以F2与F1不是一对平衡力，D不符合题意。3.（2019深圳）如图所示，同一木块在同一粗糙水平面上，先后以不同的速度被匀速拉动。甲图中速度为v1，乙图中速度为v2 ， 丙图中木块上叠放一重物，共同速度为v3 ， 且v1v2v3 ， 匀速拉动该木块所需的水平拉力分别为F甲、F乙和F丙。下列关系正确的是（ ） A.F甲F乙F乙F丙C.F甲=F乙F丙D.F甲f乙 ， 因为F丙=f丙 ， 所以：F丙F乙； 即：F
10、甲=F乙G-f B. F=G+f C.FG+ f D.F=G- f【答案】B【解析】根据物体分别处于静止、匀速下降、匀速上升都是平衡状态，所以受到拉力与重力是平衡力，利用二力平衡的条件可以求得热气球所受力的关系。热气球匀速上升时，受平衡力的作用，浮力的方向竖直向上，重力和阻力的方向竖直向下；则浮力F等于重力G与阻力f之和，即：F=G+f。二、填空题14.（2019安徽）如图中物块甲和乙处于静止状态。已知甲重12N，乙重8N，不计绳重及一切摩擦，则甲受到地面的支持力为_N。 【答案】 4 【解析】物体甲受竖直向下的重力G甲12N、竖直向上的拉力F拉G乙8N、竖直向上的地面的支持力F支作用而静止，
11、处于平衡状态，由力的平衡条件得：G甲F拉+F支 ， 则甲受到地面的支持力：F支G甲F拉12N8N4N。15.（2019湖北宜昌）消防员在紧急集合时，往往抓住一根竖直的杆从楼上滑下。如果某消防员自身及装备质量共80kg，当他抓着竖直的杆匀速下滑时，杆对人的摩擦力是 N；接近地面时，他增大握力，则杆对手的摩擦力将 （选填：增大、减小、不变）。（g10N/kg）【答案】800；增大。【解析】根据Gmg求出消防员自身及装备的重力；解决此题的关键是分析出在爬杆和爬绳时所受到的力：重力和杆的摩擦力。消防员自身及装备的重力：Gmg80kg10N/kg800N，当他抓着竖直的杆匀速下滑时，处于平衡状态，受到的
12、重力和杆对人的摩擦力是一对平衡力，大小相等、方向相反，所以受到的摩擦力fG800N，方向竖直向上；用更大的力握杆，对杆的压力变大，则杆对手的滑动摩擦力也增大。16（2019四川成都）如图所示，有两组同样的砖，A组一块，B组两块。每块砖平放时的长：宽：高为4：2：1A组砖对地面的压力和压强分别为FA和pA；B组砖对地面的压力和压强分别为FB和pB；则：FA FB，pA pB（选填“”“”“”）【答案】；。【解析】两组砖对地面的压力均等于其重力，即可FG，A组一块，B组两块，FAG，FB2G，故FAFA；A组砖侧放，则面积为SA414；压强pA，B组砖平放，则面积为SB428；压强pB，则pApB
13、。17（经典能力题）物块A静止在粗糙程度均匀的水平桌面上，如图甲所示，物块A受到水平拉力F的作用，拉力F随时间t变化关系如图乙所示。小萍从t=0开始，每隔2s记录一次物块A的位置（用“”表示物块A），如图丙所示，6s12s内物块所受的摩擦力为N，10s14s内物块的平均速度为cm/s。【答案】6；5.5。【解析】（1）由图丙知，12s18s内物块在相同时间内通过的路程相等，所以此时间内物块做匀速直线运动，物块受到的摩擦力为滑动摩擦力，由图乙可知此时的拉力F=6N，由二力平衡条件可得，滑动摩擦力f=F=6N；由图丙可知，610s内，物块处于运动状态，物块受到的摩擦力为滑动摩擦力，滑动摩擦力的大小
14、与接触面的粗糙程度、物体间的压力大小有关，由于接触面的粗糙程度与物体间的压力都不变，所以滑动摩擦力大小不变，即6s12s内物块所受摩擦力仍等于6N；（2）由图丙知，10s14s内物块的平均速度：v=5.5cm/s。18（经典能力题）重为40N的物体放在水平地面上，在15N水平拉力作用下做匀速直线运动，物体受到的摩擦力为N，当拉力增大为20N时，该物体受到的摩擦力为N【答案】15；15【解析】（1）物体处于静止或匀速直线运动状态时，受到的力是平衡力；（2）二力平衡的条件：两个平衡力的大小相等，方向相反，作用在同一物体上，作用在同一直线上；（3）摩擦力的大小和压力接触面的粗糙程度有关，与推力大小无
15、关物体在15N水平拉力作用下做匀速直线运动，所以物体处于平衡状态，因此推力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，即f=F=15N；当推力增加为20N时，压力和接触面的粗糙程度都没变，所以摩擦力仍为15N三、作图题：本题共2小题，每小题2分，共4分19（2019福建）如图，悬挂在天花板下的电灯处于静止状态。画出电灯的受力示意图。【答案】电灯所受重力和拉力的示意图如图：【解答】悬挂在天花板下的电灯处于静止状态，受到重力和绳子对它的拉力作用，且是一对平衡力。电灯受到的重力方向竖直向下，作用点在重心上，拉力方向沿绳子向上，作用点也画在电灯重心上，拉力与重力大小相等。20（2019四川内江）如图所示，刻度尺静
16、止在手指上，请画出刻度尺所受力的示意图。【答案】如图所示：。【解析】刻度尺静止在手指上，则接触处为尺子的重心；刻度尺受到重力G和手指对它的支持力F，且这两个力平衡；重力从重心竖直向下画，支持力从重心竖直向上画，标出力的符号，注意两条线段的长度相同。四、实验探究题21（2019福建）如图是“测量滑动摩擦力大小”的实验装置示意图。（1）如图甲中，将木板固定水平拉动木块，木块受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力 大小相等；图乙中，水平拉动木板，待测力计示数稳定后，木块受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力 大小相等。（选填“一定”或“不一定“）（2）如图丙中，水平拉动木板，待测力计示数稳定后，测力计A的示
17、数为4.0N，测力计B的示数为2.5N，木块受到的滑动摩擦力大小为 N若增大拉力，当A的示数为4.8N时，B的示数为 N。【答案】（1）不一定；一定；（2）2.5；2.5。【解析】（1）摩擦力的大小是通过读取弹簧测力计的拉力得出的，这是依据了二力平衡的原理，因此，图甲要保持物体做匀速直线运动才行。图甲在拉动木块时，很难让木块保持匀速直线运动状态，会导致弹簧测力计的示数不稳定；图甲与图乙的最大不同就是一个拉弹簧测力计，一个拉木板，同是做相对运动，但可以看出，图乙当拉动长木板运动的过程中，无论长木板是否做匀速直线运动，木块始终处于静止状态，根据二力平衡的条件知弹簧测力计的示数一定等于摩擦力的大小。
18、（2）如图丙所示，弹簧测力计B的示数为2.5N，根据二力平衡，则木块受到的摩擦力大小为2.5N若拉力增大到4.8N，木板将做加速运动，因压力和接触面粗糙程度不变，故木块受到的摩擦力将不变，还是2.5N。22（2019河北）形状规则、质量分布均匀的物体，它的重心在它的上。图所示为质量分布均匀但形状不规则带有小孔的薄木板，请用细棉线、刻度尺、笔和铁架台来确定它的重心。（1）操作方法： ； 。（2）判断方法： 即为簿木板的重心。（3）实验中没有利用到的物理知识： （填写序号）二力平衡的条件重力的方向是竖直向下的重力的大小跟物体质量成正比【答案】几何中心；（1）用细棉线系住小孔将不规则的薄木板悬挂起来
19、，当木板静止时，用笔和刻度尺在木板上画出重力的作用线AB；利用同样的方法再画出另一重力作用线CD；（2）AB、CD的交点；（3）。【解析】形状规则且质量分布均匀的物体，其重心才在物体的几何中心上。（1）用细棉线系住小孔将不规则的薄木板悬挂起来，当木板静止时，用笔和刻度尺在木板上画出重力的作用线AB；利用同样的方法再画出另一重力作用线CD；（2）AB、CD的交点就是薄木板的重心。（3）木板静止时，根据二力平衡知识可知，受到的拉力和重力是一对平衡力，作用在同一直线上，由于重力的方向是竖直向下的，这样可保证重心一定在所画的线上，而两条线的交点就是重心的位置。综上所述，本实验没有用到的物理知识的。23
20、（2019四川内江）如图所示，是探究“二力平衡条件”的实验装置图。（1）实验时使用小车而不使用木块，是因为小车与桌面间的 更小，从而减小对实验结果的影响。（2）在实验开始时，由于粗心只在左盘中放入砝码，小车立即向左运动，在运动过程中，左盘中砝码的重力势能将 ，动能将 。（选填“变大”、“变小”或“不变”）（3）当两个盘中分别放上两个相同的砝码后，小车静止在桌面上，这说明二力平衡时，两个力的大小 。【答案】（1）摩擦力；（2）变小；变大；（3）相等。【解析】（1）实验时使用小车而不使用木块，将滑动摩擦力变为滚动摩擦力，大大减小了摩擦，减小了摩擦对实验的影响；（2）小车向左运动过程中，左盘中砝码的
21、质量不变，高度减小，重力势能将变小，砝码的速度增大，动能将变大；（3）当两个盘中分别放上两个相同的砝码后，由于砝码的重力相同，这两个力产生的拉力是一对平衡力，小车就能保持静止，说明彼此平衡的两个力大小相等。五、综合计算题24（2019山东威海）小明家有一艘玻璃钢海钓船，底部平直，其参数如表所示（柴油热值q4.3107J/kg，g10N/kg）。（1）不出海时，空船放置在水平沙滩上，船底与沙滩接触面积为2m2，求船对沙滩的压强。（2）小明一家某次出海钓鱼，人员和钓鱼装备共300kg，船匀速直线行驶4.3km，船受到的阻力为总重力的0.5倍，发动机的实际输出功率为12kW、消耗柴油1kg（假设柴油
22、完全燃烧）。求：船行驶的速度和发动机的效率。【答案】（1）船对沙滩的压强为1.5103Pa；（2）船行驶的速度为4m/s，发动机的效率为30%。【解析】（1）空船的重力：Gmg300kg10N/kg3000N； 船对沙滩的压力等于自身的重力：FG3000N；船底与沙滩的接触面积为2m2船对沙滩的压强：p1.5103Pa；（2）人员和钓鱼装备及船的总质量为：m300kg+300kg600kg；船受到的阻力为总重力的0.5倍，船匀速直线行驶，根据二力平衡：fF10.5G总 0.5600kg10N/kg3000N，PFv，v4m/s；做的有用功：W有F1s3000N4300m1.29107J；消耗柴
23、油1kg释放的能量：Qmq1kg4.3107J/kg4.3107J；发动机的效率：30%。25.（2019安徽）如图，水平地面上一个重为50N的物体，在大小为10N的水平拉力下作用下，向左做匀速直线运动，在5s的时间内通过的距离为2m。求物体运动过程中： （1）所受摩擦力的大小； （2）拉力F做功的功率。 【答案】见解析。【解析】（1）解：用10N的水平拉力，拉着物体向左做匀速直线运动，物体处于平衡状态，则地面对物体的摩擦力与拉力是一对平衡力，大小相等，故fF10N 答：所受摩擦力的大小为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做功的功率为4W