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第一节 二力平衡
第九章 力与运动
平衡状态 平衡力
探究二力平衡的条件
二力平衡条件的应用
知识点
平衡状态 平衡力
1
1. 平衡状态 物体在几个力的作用下保持静止或做匀速直线运动，我们就说该物体处于平衡状态，即物体的平衡状态包含两种状态——静止状态和匀速直线运动状态.
2. 观察物体处于平衡状态下的受力情况
(1)桌面上的花瓶，受向下的重力和桌面对它向上的支持力，在这两个力的作用下花瓶处于静止状态.
(2)匀速行驶的列车，受向下的重力、向上的支持力、向前的牵引力以及向后的阻力，在这几个力的作用下列车处于匀速直线运动状态.
3. 平衡力
如果一个物体在几个力的作用下处于平衡状态，我们就说这几个力是一组平衡力.
4. 二力平衡
当一个物体在两个力的作用下处于平衡状态时，我们就说这两个力相互平衡，或者说这两个力是一对平衡力.
特别提醒：
平衡力是两个或两个以上的力，一个力不可能是平衡力.
深度理解：
静止状态和匀速直线运动状态都是平衡状态，物体在平衡状态下受平衡力的作用，物体受力平衡时处于平衡状态.
例 1
下列物体，受力平衡的是( )
A. 自由下落的苹果
B. 加速上升的火箭
C. 匀速上升的电梯
D. 圆形轨道上匀速转动的木马
C
解题秘方：若物体处于平衡状态，则物体受平衡力的作用，否则不受平衡力的作用.
解析：题中苹果、火箭的速度大小在改变，木马的运动方向在改变，它们的运动状态都在改变，处于非平衡状态，受力不平衡.
误区警示：
速度为零的物体不一定处于平衡状态. 如，将物体以一定的速度竖直上抛，当它到达最高点时，速度为零，但它只受一个重力作用，它受力不平衡，处于非平衡状态.
知识点
探究二力平衡的条件
2
1. 提出问题 两个力在怎样的条件下才能平衡？
2. 设计实验 如图9-1-1 所示，将系于卡片两个对角的细绳分别跨过支架上的滑轮，在细绳的两端分别挂上钩码，让卡片在水平方向上只受两个力F1和F2的
作用，从力的大小、方向和作用点三个方
面去探究力F1和F2满足什么条件时，卡片
可以保持平衡状态.
实验评估：
实验中，没有验证“二力作用在同一物体上”这一条件.
3. 进行实验
(1)使F1与F2在同一直线上，改变细绳下钩码的个数，分别使F1>F2、F1=F2、F1(2)使F1=F2，扭转卡片，使F1 与F2 不在同一直线上，发现卡片会发生转动，直到F1 与F2 在同一直线上时，卡片才会停止转动.
(3)使F1=F2，且在同一直线上，但方向相同，发现
卡片朝F1、F2 的方向运动，实验记录如下表：
卡片两端
受力大小 卡片两端
受力方向 卡片两端受力是否在同一直线上 卡片是否平衡
F1>F2 相反 是 否
F1=F2 相反 是 是
F1F1=F2 相反 否 否
F1=F2 相同 是 否
4. 分析论证 当卡片受到的两个力大小相等、方向相反，且作用在同一直线上时，卡片才处于平衡状态.
5. 实验结论 作用在同一个物体上的两个力，如果大小相等，方向相反，且作用在同一直线上，这两个力就相互平衡. 简记为“同体、等大、反向、共线”.
实验改进：
使F1=F2，且在同一直线上，方向相反，观察到此时卡片处于静止状态，接着用剪刀将卡片沿中间剪成两半，观察到两半卡片分别向两边加速运动，不能保持平衡状态，由此可证明一对平衡力作用在同一个物体上.
[ 中考·扬州] 在“探究二力平衡的条件”活动中.
真题1
(1)如果物体只受到两个力的作用，且处于_____________
_________状态，说明这两个力是相互平衡的. 由此，小明提出，能否利用如图9-1-2 甲所示的实验装置来探究二力平衡的条件？
静止或匀速
直线运动
解题秘方：理解二力平衡条件活动的原理和影响因素是解题的关键.
解析：当物体在两个力的作用下处于静止或匀速直线运动状态，物体受到的力就是相互平衡的.
(2)小华认为， 若采用小明的方案， 必须测出物体所受的______和_______的大小来进行比较. 研究发现，在小明的方案中，只能根据相互作用的关系直接测出_______的大小，在未知二力平衡条件的前提下，另一个力无法直接测量，所以这一方案无法实施下去.
拉力
重力
拉力
解析：若采用小明的方案，必须测出物体所受的拉力和重力的大小来进行比较，但在小明的方案中，只能根据相互作用的关系直接测出拉力的大小，在未知二力平衡条件的前提下，另一个力无法直接测量，所以这一方案无法实施下去.
(3)为此，两位同学不断改进并先后设计了三个实验方案，如图9-1-2 乙所示，请你判断出他们改进的先后顺序：_________ (用字母表示)，这样的改进是为了减小_____对实验的影响.
B、A、C
摩擦力
解析：A 图为滚动摩擦，B 图为滑动摩擦，C 图只有滑轮间的摩擦，为了减小摩擦力对实验的影响，他们改进的先后顺序是：B、A、C.
(4)如图9-1-2 丙，是最终确认的实验方案. 此方案中，由于___________________________，故卡片的重力可忽略不计.
卡片的重力远小于钩码的重力
解析：图丙的方案中，由于卡片的重力远小于钩码的重力，故卡片的重力可以忽略不计.
解题技巧：
在探究二力平衡条件时，一般都是突出某一个方向(如水平方向)的两个力进行探究. 当突出某一个方向的两个力进行探究时，应该尽量减小或排除其他的力的影响.
①本题图乙中的实验方案都是希望物体只在水平方向上受到相反方向的两个拉力，但实际都受到了重力和摩擦力的影响，因此改进的思路就是设法减小或消除重力和摩擦力的影响.
②图丙的方案既最大限度地减小了摩擦力对实验的影响，又尽量减小了重力对实验的影响，优势明显.
知识点
二力平衡条件的应用
3
1. 利用二力平衡条件判断两个力是否是一对平衡力
判断两个力是不是一对平衡力，关键看这两个力是否满足二力平衡的条件：同体、等大、反向、共线. 四个条件必须同时满足，缺一不可.
2. 利用物体的运动状态判断两个力是否是一对平衡力. 若物体在两个力的作用下处于平衡状态，则这两个力是一对平衡力.
温馨提示：
在推而不动、搬而不起的现象中，隐含的是物体处于静止状态，进一步推理得：此时物体受平衡力的作用，即推力与阻力是平衡力，重力与支持力是平衡力.
3. 由二力平衡条件可知，若两个力是一对平衡力，则可根据一个力的大小和方向，确定另一个力的大小和方向.
4. 设计实验时，可以利用二力平衡条件来间接测量一些不便直接测量的力.
5. 根据物体的受力情况，判断物体的运动状态. 当物体只受两个力，且满足二力平衡条件时，就可以判断该物体一定处于静止或匀速直线运动状态.
[ 中考·南京] 重100 N 的木箱放在粗糙程度相同的水平地面上，用水平推力F 推木箱.F=15 N 时，没推动，木箱所受摩擦力为______N；F=30 N 时，木箱做匀速直线运动；F=50 N 时，木箱做加速运动，它所受摩擦力为_______N；撤去水平推力F，木箱做减速运动，它所受摩擦力为_______N.
15
30
30
真题2
解题秘方：根据物体的运动状态来判断物体的受力情况是解题的关键.
特别提醒：
滑动摩擦力的影响因素有两个，一是压力的大小，二是接触面的粗糙程度. 与接触面积的大小和物体运动的速度大小无关. 解题时要明晰这方面的知识，消除这方面因素的干扰.
解析：用15 N 的水平推力推木箱，木箱静止不动，此时推力跟静摩擦力是一对平衡力，两个力的大小相等，所以木箱所受的摩擦力f=F=15 N.
推力增大至30 N 时，木箱做匀速直线运动，此时推力跟滑动摩擦力是一对平衡力，其大小相等，所以此时木箱所受的摩擦力f=F=30 N. 推力增大至50 N时，木箱做加速运动，木箱对水平地面的压力和接触面的粗糙程度都没有变，所以木箱所受的摩擦力仍是30 N；当撤去水平推力F，木箱做减速运动时，木箱对水平地面的压力和接触面的粗糙程度也没有变，所以木箱受到的摩擦力大小不变，仍为30 N.
二力平衡
二力平衡
不平衡
条件
应用
平衡
物体运动状态改变
物体处于平衡状态
物体受多个力的作用

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