8.2二力平衡（知识解读）（解析版）

82 二力平衡（知识解读）（解析版） •知识点1 二力平衡的概念 •知识点2 平衡力及平衡状态的判定 •知识点3 平衡力和相互作用力的区分 •知识点4 二力平衡条件的应用 •知识点5 探究二力平衡的条件实验 •作业 巩固训练 1、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；也可以这样理解：两个力同时作用在同一物体同一直线上，如果物体保持 静止或匀速直线运动状态，则这两个力对物体运动状态的作用效果相互抵消（合力为 0），我们就说这两个力平衡。 2、二力平衡特点：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。简单的说就是：同体、等大、反向、共线。 【典例1-1】（2023 春•盐都区期末）如图所示，放手后纸片不能保持静止，这样的操作是 为了探究物体在平衡状态下所受的两个力（ ） ．大小是否相等 B．是否作用在同一直线上 ．是否作用在同一物体上 D．方向是否相反 【答】B 二力平衡的概念 知识点1 【解答】解：由图中可知：力的大小相等、方向相反、作用在同一个物体上，可见此操 作是为了探究物体在平衡状态下所受的两个力是否作用在同一直线上； 故B 正确；D 错误。 故选：B。 【典例1-2】（2022 春•美兰区校级期中）二力平衡条件：作用在同一物体上的两个力， 大小相等 、 方向相反 且在同一条直线上。 【答】见试题解答内容 【解答】解：二力平衡条件：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。 故答为：大小相等；方向相反。 【变式1-1】（2023 春•和县期末）在探究“二力平衡条件”的实验时，如图所示，将小车 扭转一个角度后释放，观察小车能否保持静止，该操作是为了探究二力平衡时，二力必 须满足（ ） ．作用在同一个物体上 B．大小相等 ．方向相反 D．作用在一条直线上 【答】D 【解答】解：如图所示，将小车扭转一个角度后释放，两个力不再在同一直线上，小车 不能平衡，因而探究相互平衡的两个力是否作用在一条直线上，故D 正确，B 错误。 故选：D。 【变式1-2】下图是探究二力平衡的实验。通过改变钩码 个数 来改变力的大小；将卡片 转过一个角度 是为了验证不在同一直线的两个力是否平衡；为了验证不在同一物体上 的两个力是否平衡，可以将卡片 剪为两半 。 【答】见试题解答内容 【解答】解： （1）在探究二力平衡的实验中，通过调整钩码的个数来改变拉力的大小； （2）为了验证不在同一直线上的两个力是否平衡时，应将小卡片转过一个角度，松手 后观察小卡片能否静止； （3）为了验证不在同一物体上的两个力是否平衡，可以把小卡片一剪为二，变为两个 卡片，观察两个小卡片是否处于静止状态。 故答为：个数；转过一个角度；剪为两半。 1、平衡力：物体在受到几个力的作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这 几个力平衡。 2、平衡状态：物体静止和匀速直线运动状态叫平衡状态。 3、物体收到平衡力的作用，那么物体就处于平衡状态。 【典例2-1】（2023 春•蜀山区校级月考）下列物体中，处于平衡状态的是（ ） ．沿竖直方向匀速上升的气球 B．沿水平方向抛出的篮球 ．沿滑梯加速下滑的小孩 D．减速行驶的汽车 【答】 【解答】、在竖直方向上匀速上升的气球，速度和方向均不变，运动状态不变，处于平 衡状态，故正确； B、沿水平方向抛出的篮球，在重力的作用下做平抛运动，速度和方向发生改变，不是 平衡状态，故B 错误； 、沿滑梯加速下滑的小孩，运动速度发生变化，不是平衡状态，故错误； D、减速行驶的汽车，速度发生了改变，不是平衡状态，故D 错误。 故选：。 平衡力及平衡状态的判定 知识点2 【典例2-2】（2023 春•抚松县期中）将排球竖直向上抛出，排球上升得越来越慢，这是力 改变了排球的 运动状态 ；当排球到达最高点时，排球处于 非平衡 （选填“平 衡”或“非平衡”）状态。 【答】运动状态；非平衡。 【解答】解：将排球竖直向上抛出，排球上升得越来越慢，受到阻力的作用，是阻力改 变了排球的运动状态； 排球到达最高点时，速度为零，排球只受到竖直向下的重力作用，故排球处于非平衡状 态。 故答为：运动状态；非平衡。 【变式2-1】（2023 春•龙华区期末）构建思维导图是整理知识的重要方法。如图是小华复 习力与运动关系时构建的部分思维导图，适合放在图中①处的例子是（ ） ．竖直上抛至最高点的乒乓球 B．缓缓进站的高铁 ．从树上自动掉下的苹果 D．推而未动的桌子 【答】D 【解答】解：、竖直向上抛出的物体运动到最高点，速度大小发生改变，故不是处于平 衡状态，故错误； B、缓缓进站的高铁，速度变小，不是平衡状态，故B 错误； 、从树上自动掉下的苹果，速度大小发生改变，故不是处于平衡状态，故错误； D、推而未动的桌子，保持静止状态，故处于平衡状态，故D 正确。 故选：D。 【变式2-2】（2023•宣州区校级开学）如图所示，绳子吊着小球从点静止释放，小球会摆 动到B 点再摆动到最高点点，小球摆到点时，小球处于 非平衡 状态。（选填“平 衡”或“非平衡”） 【答】非平衡。 【解答】解： 不计空气阻力，小球摆到点时受到拉力和重力的作用，这两个力不在同一直线上，故此 时小球所受的力是非平衡力，其处于非平衡状态。 故答为：非平衡。 1、二力平衡特点：同体、等大、反向、共线。 2、相互作用力特点：不同体、等大、反向、共线。 3、 比较作用力和反作用力与平衡力的异同点 一对作用力与反作用力 一对平衡力 相 同 点 大小 相等 相等 方向 相反 相反 是否共线 共线 共线 不 同 点 性质 一定相同 不一定相同 作用时间 同时产生、同时消失 不一定同时产生、同时消失 作用对象 不同（异体） 相同（同体 作用效果 两个力在不同物体产生 不同效果，不能抵消 两个力在同一物体上使物体达到 平衡的效果 【典例3-1】（2022 秋•古浪县期末）电动独轮车是新一代的节能、环保、便捷的代步工具， 一个质量为70kg 的人驾驶该车，在水平地面上匀速行驶，下列说法正确的是（ ） 平衡力和相互作用力的区分 知识点3 ．独轮车的重力与地面对独轮车的支持力是一对平衡力 B．独轮车对地面的压力与地面对独轮车的支持力是一对平衡力 ．人对独轮车的压力与地面对独轮车的支持力是一对于相互作用力 D．人受到的重力与独轮车对人的支持力是一对平衡力 【答】D 【解答】解：、地面对独轮车的支持力大小等于独轮车和人的重力之和，大于独轮车的 重力，两个力大小不相等，不是一对平衡力，故错误； B、独轮车对地面的压力作用在地面上，地面对独轮车的支持力作用在独轮车上，两个 力不在同一物体上，不是一对平衡力，故B 错误； 、人对独轮车的压力与地面对独轮车的支持力，两个力大小不相等，不是一对相互作用 力，故错误； D、人受到的重力与独轮车对人的支持力，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，是一对平衡力，故D 正确。 故选：D。 【典例3-2】（2023 春•肇源县期中）滑板车是小学生喜爱的玩具之一。用脚向后蹬地，滑 板车会沿地面向前运动，这说明力的作用是相互的；如果不再蹬地，滑板车的速度会越 来越慢，最后停下来，这表明力可以改变物体的 运动状态 ；滑板车在水平地面上 静止且人的两脚站立在滑板车上时，滑板车受到的支持力与 人与车的总重力 是平 衡力（选填“人的重力”、“车的重力”、“人与车的总重力”）。 【答】运动状态；人与车的总重力。 【解答】解：（1）如果不再蹬地，滑板车的速度会越来越慢，最后停下来，是因为受 到地面的摩擦阻力，这表明力可以改变物体的运动状态。 （2）滑板车在水平地面上静止且人的两脚站立在滑板车上时，滑板车受到的支持力与 “人与车的总重力”是一对平衡力，其大小相等，方向相反。 故答为：运动状态；人与车的总重力。 【变式3-1】（2022 秋•涟源市期末）如图，在同一水平面上，用手推动木块向右压缩轻质 弹簧至图甲所示位置；松手后，木块最终静止在图乙所示位置，下列说法正确的是（ ） ．木块受到的重力和木块对水平面的压力是一对平衡力 B．木块静止在图乙所示位置时，不受力的作用 ．手推动木块压缩弹簧过程中，弹簧变短，受到的弹力变小 D．木块从离开弹簧到最终停下的过程中，一定受到摩擦力作用 【答】D 【解答】解： 、木块受到的重力和木块对水平面的压力，二力的方向相同且作用在不同的物体上，所 以不是一对平衡力，故错误； B、木块最终静止在图乙所示位置时，处于静止状态，受到平衡力作用，故B 错误； 、手推动木块压缩弹簧过程中，弹簧变短，弹簧的形变变大，弹力变大，手受到的压力 变大，故错误； D、木块最终停下来，是因为摩擦力改变了木块的运动状态，说明力可以改变物体的运 动状态，而不是物体的运动需要力来维持，故D 正确。 故选：D。 【变式3-2】（2023 春•龙岗区校级期中）在一辆水平向右行驶的汽车车厢里其顶壁上挂着 一个小球（空气阻力不计）。当出现了如图所示的情景时，汽车在做 加速 （填 “加速”、“匀速”、“减速”）运动。此时小球受到 两 个力的作用，它们 不 是 （填“是”、“不是”、“可能是”）一对平衡力。 【答】见试题解答内容 【解答】解：当汽车匀速行驶时，小球处于平衡状态，绳子处于竖直位置，小球受到的 重力与绳子的拉力是一对平衡力，当汽车加速行驶时，小球由于惯性，还保持原来的运 动状态，因此小球会向后偏，由图可知，小球向后偏，所以汽车向右做加速运动； 若不计空气阻力，此时小球受到两个力，即竖直向下的重力、沿绳子斜向上的拉力，这 两个力不在同一直线上，因此不是平衡力。 故答为：加速；两；不是。 1、二力平衡的条件是：作用在一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，并且作用 在同一直线上，这两个力就彼此平衡，对于二力平衡条件，我们必须注意上面四个要点， 且这四个要点缺一不可。 2、在平衡力作用下，原来处于静止状态的物体，依然处于静止状态，原来运动的物体， 一定以原来的速度做匀速直线运动。 3、静止的物体只受两个力作用时，这两个力一定是平衡力；匀速直线运动的物体，如果 只受两个力作用，那么这两个力也一定是平衡力。 【典例4-1】（2023 春•临澧县期末）小明用水平推力推静止在地面上的桌子，但没有推动， 此时（ ） ．人对桌的推力小于桌对人的推力 B．水平推力小于桌子受到的摩擦力 ．水平推力等于桌子的重力 D．水平推力等于桌子受到的摩擦力 【答】D 【解答】解：沿水平方向用力推静止在水平地面上的桌子，但没有推动，桌子处于静止 状态（平衡状态），所以桌子受到的是平衡力，此时他对桌子的推力与桌子所受到的阻 力是一对平衡力，二力的大小相等，故B 错误，D 正确。 故选：D。 【典例4-2】（2023 春•临川区校级期中）吊车以2m/s 的速度将重力1×105的重物匀速向上 提起，这时钢索对重物的拉力是 1×10 5 ；若钢索改为以3m/s 的速度使重物匀速下降， 此时钢索对重物的拉力 不变 （填“增大”、“减小”、“不变”）。 【答】1×105；不变。 二力平衡条件的应用 知识点4 【解答】解：吊车以2m/s 的速度将重物1×105匀速向上提起，重物进行匀速直线运动， 受到竖直向下的重力和竖直向上的拉力作用，拉力和重力是平衡力，大小相等，所以拉 力大小是1×105。 若钢索改为以3m/s 的速度使重物匀速下降，重物进行匀速直线运动，受到竖直向下的 重力和竖直向上的拉力作用，拉力和重力是平衡力，大小相等，所以拉力大小是 1×105。 故答为：1×105；不变。 【变式4-1】（2023 春•台庄区期中）用绳子拴住一个重100 的物体，第一次让它以2m/s 的 速度匀速直线下降，第二次让它以1m/s 的速度匀速直线上升，设前后两次对物体的拉 力分别为F1、F2，则（ ） ．F1＜F2 B．F1＞F2 ．F1＝F2 D．无法确定哪个力大 【答】 【解答】解：不考虑空气阻力，物重为100，用绳子把它吊在空中静止，此时物体只受 到重力和绳子的拉力的作用，这两个力是一对平衡力，则绳子对物体的拉力F1＝G＝ 100； 若物体匀速上升或匀速下降时，都受到竖直向下的重力和竖直向上的绳子对物体的拉力 的作用，这两个力是一对平衡力，则F1＝F2＝G＝100，故正确。 故选：。 【变式4-2】（2023 春•明山区期中）如图所示，物体两端的绳子通过甲、乙两个定滑轮 （定滑轮两侧绳子上的力是相连的）连接两个相同的托盘，左盘放了200g 砝码，右盘 放了300g 砝码，这时物向右做匀速直线运动，那么受到的摩擦力是 1 ，若让向左做 匀速直线运动应在左盘增加 200 g 的砝码。 【答】1；200。 【解答】解： 在左盘中放质量为200g 的砝码，右盘中放质量为300g 砝码时，物体恰好向右做匀速直 线运动，即物体受力平衡， 物块受到左右两个钩码重力产生的拉力，还受到向左的摩擦力， 即：f+G 左＝G 右， 即f+200×10 3 ﹣kg×10/kg＝300×10 3 ﹣kg×10/kg， 解得：f＝1； 若让向左做匀速直线运动，摩擦力方向向右，由于压力和接触面的粗糙程度不变，故物 体受到摩擦力不变， 即：G 左+G 加＝f+G 右， 即：200×10 3 ﹣kg×10/kg+m 加×10/kg＝1+300×10 3 ﹣kg×10/kg， 解得：m 加＝02kg＝200g。 故答为：1；200。 1、实验目的、原理、方法 （1）实验目的：探究二力平衡的条件。 （2）实验原理：力能改变物体的运动状态。 （3）实验方法：控制变量法。 2、实验器材：小车、棉线、钩码、滑轮、水平桌面、小纸片。 3、器材作用及图像 （1）小车：实验主体； （2）棉线：连接小车与钩码； （3）钩码：提供和改变对小车的拉力； （4）滑轮：改变力的方向。 探究二力平衡的条件实验 知识点5 4、实验步骤 如图甲： 步骤①把小车放在光滑的水平桌面上，向挂在小车两端的托盘里放钩码。这样小 车在水平方向受到两个拉力，用力的示意图画出小车受到的两个拉力。观察小车在什么情 况 下保持运动状态不变； 步骤②用手按住小车，改变两端钩码数量，使两个拉力大小不等。然后松手，观察小车能 不能保持静止； 步骤③用手按住小车，让两端钩码数量相等，让两个力的方向相同，然后松手，观察小车 能不能保持静止； 步骤④用手按住小车，让两端钩码数量相等，让小车扭转一个角度，然后松手，观察小车 能不能保持静止； 步骤⑤用手按住小车，让两端钩码数量相等，再让拉力方向相反，且在同一条直线上，然 后松手，观察小车能不能保持静止。 如图乙： 步骤⑥剪刀将硬纸片从中间剪开，观察小车能不能保持静止。 5、实验结论二力平衡的条件要求这两个力：（1）大小相等（等大）（2）方向相反（反 向） （3）同一直线（共线）（4）同一物体（同体） 【典例5-1】（2023 秋•五华区期末）如图是探究“二力平衡条件”的实验装置，其中B 为 一轻质硬纸片，关于这个实验下列说法正确的是（ ） ．本实验的研究对象是两边所挂的钩码 B．为了探究二力平衡时两个力的方向是否相反，可以将纸片从中间剪开 ．实验中可以通过硬纸片是否静止来判断二力是否平衡 D．将硬纸片沿顺时针方向扭转一个角度后释放再达到平衡，硬纸片上的两细线拉力将 不在同一直线上 【答】 【解答】解：、本实验的研究对象是中间的硬纸片，而不是两边所挂的钩码，故错误； B、为了探究二力平衡时两个力的方向是否相反，可以将钩码挂在一侧，或改变其中一 侧拉力的方向，使两侧的力不相反，故B 错误； 、实验中可以通过硬纸片是否静止来判断二力是否平衡，若纸片静止，则处于平衡状态， 故正确； D、将硬纸片沿顺时针方向扭转一个角度后释放再达到平衡，硬纸片上的两细线拉力将 在同一直线上，故D 错误。 故选：。 【典例5-2】（2023 春•青秀区校级月考）如图甲是小华同学探究二力平衡条件时的实验情 景。 （1）小华将系在小卡片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 钩码，使作用在小卡片上的两个拉力方向 相反 ，并通过调整 钩码数量 来改变 拉力的大小； （2）当小卡片平衡时，小华将卡片旋转一个角度，此时，拉着卡片的两根细线 可以 不 （选填“必须”或“可以不”）平行，观察卡片 刚释放时 （选填“刚释放 时”或“最终”）是否保持平衡。设计此步骤的目的是探究 不在同一直线上 的两 个力能否平衡； （3）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图甲所示情况下，小华下 一步的操作是 将小卡片剪开 ； （4）小华选择了图乙所示的探究方，他发现在左、右两盘中放了质量不同的砝码时， 小车也能处于平衡状态，这是由于小车在水平方向上除了受到拉力之外，还受到了 摩擦 力。 【答】（1）相反；钩码的数量；（2）可以不；刚释放时；不在同一直线上；（3）将 小卡片剪开；（4）摩擦。 【解答】解： （1）小卡片两端通过滑轮各挂一个钩码，两个钩码由于重力通过绳子对小卡片施加了 两个向相反方向的拉力，拉力的大小等于钩码的重力，钩码的数量越多，拉力就越大； （2）小卡片转过一个角度，小卡片两端的拉力就不在一条直线上，纸片就会转动，说 明了不在同一直线上的两个力不能平衡，此实验探究不在同一直线上两个力是否平衡； （3）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； （4）小明将木块放在水平桌面上，木块和水平桌面上间的摩擦力较大，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，木块保持平衡）； 故答为：（1）相反；钩码的数量；（2）可以不；刚释放时；不在同一直线上；（3） 将小卡片剪开；（4）摩擦。 【变式5-1】（2023 春•西青区期中）实验小组要探究二力平衡的条件。实验中每个钩码的 重力相同，摩擦力忽略不计。 （1）如图甲装置，当左右两端同时各挂两个钩码时，小车静止，此时F1、F2 的方向 相反 ，大小 相等 ；当左右两端同时取下一个钩码时，如图乙，小车仍静止，此时 F3 等于 F4；当右端再挂上一个钩码时，如图丙，小车将向 右 （填“左”或 “右”）做加速运动。 （2）在图甲实验的基础上，将小车扭转一个角度，松手后，观察小车的情况，这样做 是为了探究两个平衡力是否在 同一条直线上 。 【答】见试题解答内容 【解答】解： （1）图甲小车左边挂2 个钩码，右边挂2 个钩码，小车两边受到的拉力大小相等，方 向相反，小车处于静止状态，即F1＝F2； 当左右两端同时取下一个钩码时，两边拉力仍然相等，小车仍静止，说明此时F3＝F4； 当右端再挂上一个钩码时，右边的拉力大于左边的拉力，即F5＜F6，小车将向右做加速