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实验十二
探究二力平衡的条件——初中物理实验汇编
知识梳理
【实验目的】
探究当物体只受两个力作用而处于平衡状态时，这两个力必须满足的条件。
【实验器材】
弹簧测力计、一张硬纸板、细绳、剪刀等。
【实验步骤】
探究当物体处于静止时，两个力的关系；探究当物体处于匀速直线运动状态时，两个力的关系
①如图a所示，作用在同一物体上的两个力，在大小相等、方向相反的情况下，它们还必须在同一直线，这二力才能平衡。
②如图b、c所示，两个力在大小相等、方向相反且在同一直线上的情况下，它们还必须在同一物体上，这二力才能平衡。
练习
1.挂在树上的水蜜桃，处于静止状态，则(
)
A.水蜜桃所受的重力跟水蜜桃对树枝的拉力是一对平衡力
B.水蜜桃所受的重力跟树枝对水蜜桃的拉力是一对平衡力
C.树枝所受的重力跟树枝对水蜜桃的拉力是一对平衡力
D.树枝所受的重力跟水蜜桃对树枝的拉力是一对平衡力
2.下列四种情形中，属于二力平衡的是(
)
A.
B.
C.
D.
3.网传“2月11日这天地球引力最小，可以将扫把静立于地面”，如图所示，或许你也“成功”尝试过。其实只要细心操作，在任何时候你都能成功，扫把能静立于水平地面主要是利用了________原理，之所以细心操作是为了满足原理中__________的这一条件。这与地球引力大小并无关系。
4.在用图_________[选填“（a）”或“（b）”]所示装置进行“探究二力平衡的条件”实验时，应使物体处于匀速直线运动状态或_________状态；图_________[选填“（a）”或“（b）”]所示的是研究两物体间相互作用力关系的实验，此时两个力_________，方向相反。
5.利用如图16所示器材“探究二力平衡的条件”，先将细线系于卡片对角线，分别跨过支架上的滑轮。
（1）在线的两端分别挂上钩码，使作用在卡片上的两个拉力方向相反，且在一条直线上。当卡片平衡时，卡片两边所受的拉力_______。
（2）为观察不在同一直线上的两个力是否能平衡，可用手将卡片_______（选填“挤压”“翻转”或“旋转”），释放时观察其是否保持平衡。
（3）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另一个条件是______________。
（4）该实验在选择卡片时，选用较轻卡片的目的是______________。
6.为研究作用在物体上的两个力满足什么条件时，才能使物体处于平衡状态，进行如下实验。
（1）选用轻薄塑料片作为图甲实验研究对象的原因是___________________。
（2）将图甲中静止的研究对象转到虚线位置，松手后发现研究对象发生转动。据此可以得出结论：作用在物体上的两个力需要满足的条件是__________，物体才可能处于静止状态。
（3）如图乙，若启动电动机继续进行研究：当弹簧测力计示数与物体重力大小相等时，观察物体的运动状态；当弹簧测力计示数与物体重力大小不相等时，再观察物体的运动状态。继续这项研究的目的是__________________________。
7.实验小组要探究二力平衡条件。实验中每个钩码重力相同，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，此时的方向___________，大小___________；当左右两端同时取下一个钩码时，如图乙，小车仍静止，此时________；当右端再挂上一个钩码时，如图丙，小车将做变速运动，此时_________。
（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。这样做可以探究什么问题？
（3）对比甲、乙、丙三次实验，当小车静止时，水平方向上受到两个力的大小关系如何？还能看出小车受非平衡力作用时，运动状态将怎样？
答案以及解析
1.答案：B
解析：水蜜桃所受的重力跟水蜜桃对树枝的拉力，它们作用在两个物体上，不是一对平衡力，故A错误；水蜜桃所受的重力跟树枝对水蜜桃的拉力，它们大小相等、方向相反，作用在同一条直线上，作用在同一物体上，是一对平衡力，故B正确；树枝所受的重力跟树枝对水蜜桃的拉力，它们作用在两个物体上，不是一对平衡力，故C错误；树枝所受的重力跟水蜜桃对树枝的拉力，它们方向相同，不是一对平衡力，故D错误。
2.答案：D
解析：A选项中，两个力是作用在两个物体上，故不是平衡力；B选项中，两个力不在同一直线上，故不是平衡力；C选项中，两个力大小不等，故不是平衡力；D选项，两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，还作用在同一物体上，故是一对平衡力。
3.答案：二力平衡;在同一直线上
解析：扫把静立时处于静止状态，此时受到的重力和地面对扫把的支持力是一对平衡力，大小相等；细心操作是为了满足原理中在同一直线上的这一条件，这与地球引力大小并无关系。
4.答案：（b）;静止;（a）;大小相等
解析：“探究二力平衡的条件”实验中，需要使两个拉力作用在同一物体上，故需用图（b）所示的装置，且实验中应让物体处于平衡状态，即静止状态或匀速直线运动状态。图（a）所示的装置直接将弹簧测力计的两个挂钩拉在一起，可以研究两弹簧测力计间相互作用力的关系，此时两个力大小是相等的。
5.答案：（1）相等
（2）旋转
（3）两个力必须在同一物体上
（4）忽略卡片重力对实验的影响
解析：（1）保持两个拉力在同一直线上、方向相反，调整细线两端的钩码，当两端钩码的质量相等时，对小卡片的拉力相等，小卡片平衡；
（2）为了观察不在同一直线上的两个力是否能够平衡，可用手将卡片旋转一定的角度，此时两个拉力不在同一直线上，再观察卡片刚释放时能否平衡；
（3）当小卡片平衡时，用剪刀将卡片从中间剪开，由于二力不在同一物体上，所以两侧的钩码落下，说明二力平衡的另一个条件是二力必须作用在同一物体上；
（4）由于小卡片的质量很小，重力远小于卡片受到的拉力，所以选用轻质小卡片的目的是忽略卡片重力对实验的影响。
6.答案：（1）减小研究对象的自重对实验的影响（2）在同一直线上（3）研究作用在物体上的两个力满足什么条件，物体才能保持匀速直线运动状态
解析：（1）由于轻薄塑料片的质量很小，重力远小于其受到的拉力，所以其重力可以不考虑；（2）将图甲中静止的研究对象转到虚线位置，此时两个力不在同一条直线上，松手后发现研究对象发生转动，这表明二力平衡时，这两个力需要满足的条件是在同一条直线上，物体才可能处于静止状态；（3）当弹簧测力计示数与物体重力大小相等时，可以观察到物体做匀速直线运动，当弹簧测力计示数与物体重力大小不相等时，可以观察到物体做变速运动，所以研究的目的是：研究作用在物体上的两个力满足什么条件，物体才能保持句速直线运动状态。
7.答案：（1）相反;相等;等于;小于
（2）同时作用在小车上、不在同一直线上、大小相等、方向相反的两个力，能否平衡？
（3）见解析
解析：（1）甲中小车静止，受力平衡，则的方向相反，大小相等；左右两边同时取下一个钩码时，小车仍静止，则、的方向相反、大小相等；当右端再挂一个钩码时，小车做变速运动，受力不平衡，此时。
（2）将小车扭转一个角度，小车受到的两个拉力不在同一直线上，松手后，小车若不能静止，说明同时作用在小车上、不在同一直线上、大小相等、方向相反的两个力，不是一对平衡力。
（3）由甲、乙两图可知，小车静止时，水平方向受到的两个力大小相等；由丙图可知，小车受非平衡力作用时，运动状态将改变。

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