考点7 二力平衡 摩擦力（解析版）

考点7二力平衡摩擦力一、二力平衡1．物体的平衡状态：在两个或几个力作用下，物体保持静止或匀速直线运动状态，物理学中就称该物体处于平衡状态。2．二力平衡：在两个力的作用下，保持静止或匀速直线运动状态，我们说这两个力是平衡的，或者叫做二力平衡。作用在同一物体上的二个力相互平衡的条件是：二力大小相等、方向相反、作用在同一直线上。概括地说，二力平衡的条件是：同体、等大、反向、共线。由力的合成知识可知，物体受平衡力也就是作用在物体上的合力为零。二、摩擦力1.摩擦力的种类：静摩擦、滑动摩擦、滚动摩擦。2.决定滑动摩擦力大小的因素：①两物体间的压力；②接触面的粗糙程度。滑动摩擦力的大小：压力越大，接触面越粗糙，滑动摩擦力越大。注意：滑动摩擦力的大小与接触面大小、运动速度大小等因素无关。在相同条件下，滚动摩擦比滑动摩擦小的多。3.减小摩擦的方法：减小压力、使接触面光滑、分离、用滚动代替滑动。4.增大摩擦的方法：增大压力、使接触面粗糙。实验指导【实验目的】“探究二力平衡的条件”[实验目的]探究当物体在水平方向上只受两个力的作用而处于平衡状态时，这两个力的关系。[实验器材] 弹簧测力计（2个），木板，白纸、重物、细线[实验步骤] 施加两力时分别使得重物处于静止和匀速直线状态。[实验结论] 当一个物体受两力处于匀速直线运动状态，这两个力大小相等，方向相反，在同一直线上。例1、如图所示，小李同学提着溜溜球静止不动，下列说法中正确的是（）A.手对绳子的拉力与溜溜球所受的重力是一对平衡力。B.绳子对溜溜球的拉力与溜溜球对绳子的拉力是一对平衡力。C.绳子对溜溜球的拉力与溜溜球所受的重力是一对平衡力。D.溜溜球对绳子的拉力与溜溜球所受的重力是一对平衡力。【答案】C【解析】解：根据二力平衡条件，大小相等、方向相反、作用在同一物体上，且在一条直线上的两个力称为一对平衡力。选项A中，手对绳子的拉力与溜溜球所受的重力，分别作用在不同物体上；选项B中，绳子对溜溜球的拉力与溜溜球对绳子的拉力，是一对相互作用力；选项D中，溜溜球对绳子的拉力与溜溜球所受的重力，分别作用在不同物体上，且方向相同。所以选项A、B、D均错误。而选项C所描述的这对力符合二力平衡的条件，故正确选项为C。例2、用弹簧测力计沿竖直方向两次拉动重为G的物体，两次运动的s﹣t图像如图所示，对应的测力计示数和速度分别为F1、v1和F2、v2，则（）A．v1＜v2，F1＜F2 B．v1＜v2，F1＝F2 C．v1＞v2，F1＞F2 D．v1＞v2，F1＝F2【答案】D【解析】解：（1）根据s﹣t图，在相同时间内，1通过的路程较长，则v1＞v2；（2）两次竖直提重为G的物体，都是匀速直线运动，物体受到的是一对平衡力。根据F拉＝G物可得，F1＝G物，F2＝G物，即：F1＝F2，故选：D。例3、一位女同学用水平力推讲台，但没有推动，则此时（）A.女同学的推力和讲台的重力是一对平衡力。 B.女同学的推力大于地面对讲台的摩擦力。C.女同学的推力小于地面对讲台的摩擦力。 D.女同学的推力等于地面对讲台的摩擦力。【答案】D【解析】解：女同学用水平推力推静止在水平地面上的讲台桌，结果没有推动，则讲台桌仍处于静止状态，所以其受力平衡。在水平方向上，人对讲台的推力与地面对讲台的摩擦力是一对平衡力，大小相等，竖直方向的重力与地面对讲台的支持力是一对平衡力，大小相等。故选：D。例4、因海水涨潮，某游客被困岛礁，图3-5-1为东海第一救助飞行队直升机救援时的场景。若救援绳索能够承受的最大拉力为3000牛，救援队员和受困者的总质量为150千克，问：（1）救援能否成功？（2）若直升机本身的重力为6.5×104牛，在空中沿竖直方向匀速上升进行救援时，螺旋桨产生的举力为多大？【解析】（1）先根据题意画出救援队员和受困者的受力示意图，如图所示。若绳索能够承受的拉力T大于救援队员和受困者的总重力G总，则救援能够成功；反之，则不能。（2）设直升机、救援队员和受困者的总重力为G总'，螺旋桨产生的举力为F，当直升机匀速上升时，F和G总'是一对平衡力。解：（1）G总＝m总g＝150千克×9.8牛/千克＝1470牛T＝3000牛因为T＞G总，所以救援能够成功。（2）F=G总'=G总+G机=0.147×104牛+6.5×104牛=6.647×104牛答;（1）救援能够成功。（2）螺旋桨产生的举力大小为6.647×104牛。一．选择题（共12小题）1.下列四个事例中，物体处于平衡状态的是（）①大疆无人机在空中悬停。②神舟十四号加速升空。③“蛟龙号”载人潜水器减速下潜。④C919大飞机在空中进行匀速飞行实验。A．① B．②③ C．①④ D．①②③④【答案】A【解析】解：①大疆无人机在空中悬停，受力平衡，处于平衡状态。②神舟十四号加速升空，速度大小在改变，处于非平衡状态。③“蛟龙号”载人潜水器减速下潜，速度大小在改变，处于非平衡状态。④C919大飞机在空中进行匀速飞行实验，但不一定是直线运动，所以不一定是平衡状态。综上分析可知，物体处于平衡状态的是①。故选：A。2.一木块所受的重力为15牛，若在4牛的水平推力的作用下沿水平地面做匀速直线运动，则该木块受到的摩擦力为（）A．4牛 B．11牛 C．15牛 D．19牛【答案】A【解析】解：由于木块沿水平地面做匀速直线运动，在水平方向上受力平衡，因此木块受到的摩擦力和水平推力大小相等，即f＝F＝4N。故选A。3.在如图所示的各物体中，所受的两个力是一对平衡力的是（） A． B． C． D．【答案】C【解析】解：A、图中两个力不在同一条直线上，所以两个力不是一对平衡力，故A错误；B、图中两个力作用在两个物体上，不是一对平衡力，故B错误；C、由图示可知，两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上，是一对平衡力，故C正确。D、图中两个力的大小不相等，不是一对平衡力，故D错误；故选：C。4.如图所示，拉着木块M向右做匀速直线运动的过程中，与木块所受重力平衡的力是（）A．木块受到的拉力 B．桌面对木块的支持力 C．木块受到的滑动摩擦力 D．木块对桌面的压力【答案】B【解析】解：木块受到的重力与桌面对木块的支持力，二力符合二力平衡的条件，是一对平衡力，故B正确。故选：B。5.如图所示，小刘同学站在电子秤上测体重，下列属于一对平衡力的是（）A．小刘受到的重力和地面对电子秤的支持力 B．电子秤受到的重力和地面对电子秤的支持力 C．小刘受到的重力和电子秤对小刘的支持力 D．小刘受到的重力和小刘对电子秤的压力【答案】C【解析】解：A、小刘受到的重力和地面对电子秤的支持力大小并不相等，所以不是一对平衡力，故A错误；B、电子秤受到的重力和地面对电子秤的支持力大小并不相等，所以不是一对平衡力，故B错误；C、小刘受到的重力和电子秤对小刘的支持力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故C正确；D、小刘受到的重力和小刘对电子秤的压力作用在不同的物体上，方向也相同，不是一对平衡力，故D错误。故选：C。6.书静止在水平桌面上，下面属于相互作用力的是（）A．书对桌面的压力与桌面对书的支持力 B．书对桌面的压力与书所受的重力 C．书所受的重力与桌面对书的支持力 D．书所受的重力与地球对书的引力【答案】A【解析】解：A、书静止在水平桌面上，书对桌面的压力与桌面对书的支持力，两个大小相等、方向相反、作用在两个物体上，作用在同一条直线上，是相互作用力，故A正确；B、书静止在水平桌面上，书对桌面的压力方向竖直向下，书所受的重力也竖直向下，两个力方向相同，不是相互作用力，故B错误；C、书受到的重力与桌面对书的支持力，两个力都作用在书上，不是相互作用力，故C错误；D、书的重力是由于地球对书的吸引而产生，两个力不是相互作用，故D错误。故答案为：A。7.下述现象中是为了增大有益摩擦的是（）A．公路用水泥硬化后铺沥青 B．足球鞋底做成凸凹不平的花纹 C．磁悬浮列车和轨道间出现一层薄空气 D．在自行车的转动部分加润滑油【答案】B【解析】解：A、公路水泥硬化后铺沥青使路面更平滑，在压力一定时，减小接触面的粗糙程度来减小有害摩擦力。不符合题意。B、足球鞋底做成凸凹不平的花纹，是在压力一定时，增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力，需要增大的摩擦属于有益摩擦。符合题意。C、磁悬浮列车和轨道间出现一层薄空气，使接触面脱离减小有害摩擦。不符合题意。D、自行车的转动部分加润滑油，使接触面脱离减小有害摩擦。不符合题意。故选：B。8.如图所示的实例中，目的是为了减小摩擦的是（） A．浴室脚垫做得凹凸不平 B．防滑地砖表面较粗糙 C．轮滑鞋装有滚轮 D．旅游鞋底有花纹【答案】C【解析】解：A、浴室脚垫做得凹凸不平，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。故A不合题意。B、防滑地砖表面较粗糙，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。故B不合题意。C、旱冰鞋装有滑轮，是用滚动代替滑动来减小摩擦力。故C符合题意；D、旅游鞋底有花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦力。故D不合题意。故选：C。9.起重机的钢绳上吊着一个重为G的物体，空气阻力不计，当物体停在空中时，钢绳的拉力是F1；当物体以2m/s的速度匀速上升时，钢绳的拉力是F2；当使物体以2m/s的速度匀速下降时，钢绳的拉力是F3，那么下列关系式中正确的是（）A．F1＝G、F2＞G、F3＜G B．F2＞F1＞G、F3＜G C．F1＝F2＝F3＝G D．F1＞G，F2＞G、F3＜G【答案】C【解析】解：当物体停在空中时，处于静止，受力平衡，拉力F1＝G；当物体以2m/s的速度匀速上升时，也是平衡状态，受力平衡，所以拉力F2＝G；当物体以2m/s的速度匀速下降时，拉力和重力仍是一对平衡力，所以拉力F3＝G。所以F1＝F2＝F3＝G故选：C。10.重为20牛的木块在5牛的水平拉力作用下沿水平方向做匀速直线运动。现将水平拉力增大为10牛，则木块受到的摩擦力大小为（）A．20牛 B．15牛 C．10牛 D．5牛【答案】D【解析】解：（1）木块在水平拉力作用下沿水平方向做匀速直线运动，受到平衡力的作用，在水平方向上，摩擦力f与拉力F是一对平衡力；其大小相同、方向相反；故摩擦力f＝F＝5N；（2）滑动摩擦力大小只与压力大小和接触面粗糙程度有关，当物体受到的水平拉力增大为10N时，摩擦力不变，故摩擦力仍为5N；故选：D。11.如图所示，用水平力F把重力为G的正方体物块紧压在竖直墙壁上，正方体处于静止状态。关于正方体受到墙壁的摩擦力f，以下说法中正确的是（）A．正方体受到的摩擦力f＝F B．增大水平力F的大小，摩擦力f也随之增大 C．增大水平力F的大小，摩擦力f一定不变 D．减小水平力F的大小，摩擦力f一定不变【答案】C【解析】解：A、物块保持静止状态（平衡状态），合力为零；对物块进行受力分析可知：水平方向上的推力F和墙壁对它向右的支持力N是一对平衡力，则F＝N；竖直方向上的重力G和静摩擦力f是一对平衡力，则f＝G，摩擦力的方向竖直向上，故A错误；BC、增大水平力F的大小（即增大压力F），物体仍静止，所以摩擦力与重力仍是一对平衡力，大小相等，f＝G，摩擦力大小不变；故B错误，C正确。D、减小水平力F的大小（即减小压力F），物体可能静止，也可能下滑；若物体下滑，则摩擦力f＜G，此时摩擦力的大小发生变化，故D错误；故选：C。12.重为G的物体在水平向右拉力F的作用下，在水平桌面上向右做匀速直线运动，现突然使拉力F变为原来的一半，则物体在静止前受到的摩擦力大小为（）A．F2 B．-F2 C．【答案】C【解析】解：物体在匀速运动，由平衡条件得：摩擦力f＝F；因为压力、接触面粗糙程度不变，所以，当拉力变为原来的一半为F2时，物体在静止前受到的摩故选：C。二．填空题（共6小题）13.作用在_________上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力就是一对平衡力；滑动摩擦力的大小主要与以下两个因素有关：接触面受到的压力和接触面的_________。【答案】同一物体；粗糙程度。【解析】解：二力平衡的条件：同体、等大、反向、共线，因此是作用在同一物体上；滑动摩擦力的大小主要与以下两个因素有关：①接触面受到的压力大小；②接触面的粗糙程度。故答案为：同一物体；粗糙程度。14.小张同学用如图所示方式拿着瓶装矿泉水进入考场，使瓶装矿泉水不下滑的力是手对瓶子的_________力；若小张同学松开手，瓶装矿泉水就会在_________力作用下落向地面；他想打开瓶盖喝水，只见瓶盖上有凸起的条纹，这是通过增大_________（选填“接触面间的粗糙程度”或“压力”）来增大摩擦的。【答案】摩擦；重；接触面间的粗糙程度。【解析】解：矿泉水瓶静止在空中时，瓶子受到竖直向下的重力和手对瓶子竖直向上的摩擦力，这两个力是一对平衡力，使瓶装矿泉水不下滑的力是手对瓶子的摩擦力；松手后，瓶装矿泉水就会在重力作用下落向地面；瓶盖上有凸起的条纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大摩擦；故答案为：摩擦；重；接触面间的粗糙程度。15.在“探究二力平衡的条件”中，应选用两个测力计和较_________（选填“轻”或“重”）的木板。当两个测力计按如图所示的方式拉原本静止的木板时，木板将_________（选填“保持静止”或“由静止变为运动”）。待木板_________时，再读出并记录两个测力计的示数。随后，_________（选填“需要”或“不需要”）探究物体处于匀速直线运动状态时二力平衡的条件。【答案】轻；由静止变为运动；静止；需要。【解析】解：在“探究二力平衡的条件”实验中，应选用较轻的木板，以减少木板重力对实验结果的影响；当两个测力计按如图所示的方式拉原本静止的木板时，两个力不是作用在一条直线上，不能平衡，所以木板将由静止变为运动；待木板静止时，再读出并记录两个测力计的示数；因为平衡状态是指静止或匀速直线运动状态，所以还需要探究物体处于匀速直线运动状态时二力平衡的条件。故答案为：轻；由静止变为运动；静止；需要。16.根据_________的条件，可以用悬挂法测不规则形状的薄板的重心，如图1所示，应分别选择A、B两点悬挂起来，沿重垂线方向两次画出直线，图中的_________（选填“O”、“A”或“B”）点为薄板的重心。如图2所示，书包没有被提起。拉力F_________书包的重力G，拉力F与支持力N的合力大小_________书包重的力G（后两空均选填“大于”、“等于”或“小于”）。【答案】二力平衡；O；小于；等于。【解析】解：物体受力平衡，则所受的绳对物体的拉力与物体的重力等大，方向相反，则细绳的方向必然要过物体的重心位置，改变悬挂点的位置，可得到两条过重心的直线，其交点即为薄板的重心位置，所以根据二力平衡的条件，可以用悬挂法测不规则形状的薄板的重心。如图1所示，分别选择A、B两点将薄板悬挂起来，沿重垂线方向两次画出直线，图中的O点为薄板的重心。如图2所示，书包没有被提起，处于静止状态，受力平衡，此时书包受到的竖直向下的重力、竖直向上的拉力和竖直向上的支持力，在这几个力的共同作用下保持平衡，所以拉力F小于书包的重力G，拉力F与支持力N的合力大小等于书包重的力G。故答案为：二力平衡；O；小于；等于。17.汽车轮胎上有凹凸不平的花纹，这是为了_________轮胎与地面之间的摩擦（选填“增大”或“减小”），这种摩擦属于_________摩擦（选填“有害”或“有益”）。用水平力F推水平地面上的汽车，但是没有推动，此时水平力F_________地面对汽车的摩擦力f（不计空气阻力）（选填“大于”“等于”或“小于”）。【答案】增大；有益；等于。【解析】解：汽车轮胎上有凹凸不平的花纹，是在压力一定时，通过增大接触面的粗糙程度来增大它与地面之间的摩擦，属于有益摩擦；用水平推力推停在水平地面上的汽车，没能推动，说明此时汽车在水平方向上受到平衡力的作用，所以根据二力平衡的条件可以判断，这时的推力等于汽车所受的摩擦力。故答案为：增大；有益；等于。18.有一重为10牛的物体，在水平桌面上受到1牛的水平拉力作用而向右做匀速直线运动，则物体受到的滑动摩擦力大小为________