专题15 二力平衡【解析版】

专题15力的平衡 一、知识精讲一、知识精讲1．物体受到几个力作用时，如果保持静止状态或匀速直线运动状态，我们就说这几个力平衡或物体处于平衡状态，二力平衡最是简单的平衡状态.2．二力平衡条件：作用在一个_物体上的两个力,如果大小相等、方向相反,并且作用在同一条直线上,这两个力就彼此平衡。3.放在桌子上静止的花瓶，受到竖直向下的重力和桌面对它竖直向上的支持力，二力平衡。在水平道路上做匀速直线运动的汽车，水平方向受到方向相反的牵引力和阻力，二力平衡；在竖直方向，汽车受到竖直向下的重力和路面对它竖直向上的支持力，二力平衡。4.悬挂着的吊灯重力为2N，则吊线对它拉力为2N，方向是竖直向上的。5.水平路面上有一辆运动的小车，在水平方向上有汽车发动机的牵引力和阻力（地面与空气）。①若牵引力等于阻力，则二力平衡（选填“平衡”或“不平衡”），小车向左做匀速直线运动；②若牵引力大于阻力，二力不平衡（选填“平衡”或“不平衡”），小车向左做加速直线运动；③若牵引力小于阻力，二力不平衡（选填“平衡”或“不平衡”），小车向左做减速直线运动。二、题型先知二、题型先知TOC\o"1-1"\h\u一．二力平衡的概念（共4小题） 2二．平衡状态的判断（共4小题） 4三．平衡力与相互作用力的辨别（共5小题） 6四．二力平衡条件的应用（共8小题） 8五．探究二力平衡的条件（共3小题） 12六．力的合成与应用（共8小题） 14三、实战演练三、实战演练一．二力平衡的概念（共4小题）1．“探究二力平衡的条件”实验的目的是：探究当物体只受两个力作用而处于静止或匀速直线运动状态时，这两个力有怎样的关系。实验时，需要记下弹簧测力计的示数。若实验时作用在物体上的两个力方向相同，则物体不可能（填“可能”或“不可能”）处于平衡状态。【解答】解：当物体处于静止或匀速直线运动状态时，即说明物体处于平衡状态；在探究“二力平衡的条件”实验时，需要记下弹簧测力计的示数，才可以比较二力大小关系；二力平衡时，二力的方向是相反的，如果二力的方向相同，则二力不能够使物体处于平衡状态；故答案为：匀速直线运动；弹簧测力计；不可能。2．如图（a）、（b）所示，某小组同学以硬纸板（选填“硬纸板”或“弹簧测力计”）为研究对象，利用弹簧测力计、细线等器材进行实验，该小组同学是在做“探究二力平衡”实验。按图（a）所示进行实验操作时，应在硬纸板处于静止状态下读取测力计的示数；按图（b）所示进行实验操作时，松手后硬纸板不能（选填“能”或“不能”）平衡。这是在探究相互平衡的两个力作用线的关系。【解答】解：图示实验中，两个弹簧测力计同时作用在硬纸板上，以探究硬纸板同时受到两个力作用处于平衡状态时，两个力的特点，所以应以硬纸板作为研究对象，要探究的是二力平衡的条件；要探究二力平衡的条件，应让纸板处于平衡状态，图示实验中，让硬纸板静止，会更便于操作；图示中的（b）操作，松手后，硬纸板不能处于平衡状态，因为这时所受的两个拉力不在同一直线上，所以这是探究两个平衡力的作用线的关系。故答案为：硬纸板；二力平衡；静止；不能；作用线。3．“探究二力平衡的条件”实验目的：探究当物体只受两个力作用而处于静止状态或匀速直线运动状态时，这两个力的大小、方向和作用线的关系。在实验中，某同学用两个弹簧测力计A、B拉一个轻质木板C，如图所示，当物体最终静止时，这两个力大小相等，方向相反，作用在同一直线上。【解答】解：图中的C物体受到了两个力的作用，实验中是在研究C物体只受两个力作用而处于静止状态或匀速直线运动状态时，这两个力的大小、方向和作用线的关系；当物体最终静止时，物体处于平衡状态，所受力满足平衡力的条件，即：同物、同线、等值、反向。故答案为：匀速直线运动；作用线；相等；同一直线。4．“探究二力平衡的条件”实验的目的是：探究当物体只受两个力作用而处于静止或匀速直线运动状态时，这两个力有怎样的关系。实验时，需要记下弹簧测力计的示数。若实验时作用在物体上的两个力方向相同，则物体不可能处于平衡状态（选填“可能”或“不可能”）。【解答】解：当物体处于静止或匀速直线运动状态时，即说明物体处于平衡状态；在探究“二力平衡的条件”实验时，需要记下弹簧测力计的示数，才可以比较二力大小关系；二力平衡时，二力的方向是相反的，如果二力的方向相同，则二力不能够使物体处于平衡状态；故答案为：匀速直线运动，弹簧测力计，不可能。二．平衡状态的判断（共4小题）5．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【解答】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。6．在下列所给出的现象中，运动状态发生改变的物体是（）A．在平直高速公路上匀速行驶的汽车 B．教室顶上的日光灯 C．立在商场斜向上匀速运动电梯上的学生 D．绕太阳运动的地球【解答】解：A、在平直的高速公路上匀速行驶的汽车，处于平衡状态，因此受平衡力作用，运动状态没有发生改变，故A不符合题意。B、匀教室顶上的日光灯处于平衡状态，因此受平衡力作用，运动状态没有发生改变，故B不符合题意；C、立在商场斜向上匀速运动电梯上的学生处于平衡状态，因此受平衡力作用，运动状态没有发生改变，故C不符合题意；D、绕太阳运动的地球运动状态不断发生改变，因此受非平衡力作用，故D符合题意。故选：D。7．如图所示，静止在水平地面上的书包重150牛。小丽用80牛的力竖直向上提书包，但没有提起，则书包受到地面的支持力为70牛，书包处于平衡状态（选填“平衡”或“不平衡”）。【解答】解：重为150N的书包静止在水平地面上，用80N的力竖直向上提，由于向上提的力小于重力，所以书包仍静止在地面上，处于平衡状态，书包处于平衡状态。书包受到竖直向下的重力、竖直向上的提力、地面竖直向上的支持力作用，则书包受到地面的支持力为150N﹣80N＝70N。故答案为：70；平衡。8．如图所示，拴在细线下的小球在竖直平面内来回摆动，小球到达A点和B点时均处于非平衡状态（选填“平衡”或“非平衡”），你判断的依据是小球受到的重力和绳子对它的拉力不在同一直线。【解答】解：当小球到达A点时，小球处于单摆的最高点，这时虽处于静止状态，但小球受到的重力和绳子对它的拉力不在同一直线，不是平衡力，小球会在非平衡力的作用下，立即改变小球的运动状态；所以小球在到达A点时，小球处于非平衡状态。故答案为：非平衡；小球受到的重力和绳子对它的拉力不在同一直线。三．平衡力与相互作用力的辨别（共5小题）9．学校升国旗时，当国旗匀速直线上升时，下列说法正确的是（）A．旗受到的重力和绳对旗的拉力合力为零 B．旗对绳的拉力和绳对旗的拉力是一对平衡力 C．旗受到的重力和旗对地球的引力是一对平衡力 D．旗对绳的拉力和旗受到的重力是一对平衡力【解答】解：A、旗受到的重力和绳子对旗的拉力，大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上，符合二力平衡的条件，因此是一对平衡力，合力为零；B、旗对绳子的拉力和绳子对旗的拉力，不是作用在一个物体上，是一对相互作用力；C、重力是由于地球的吸引而产生的力，根据力的作用是相互的可得，旗对地球也存在大小相等的一个引力作用，因此旗受到的重力和旗对地球的引力是一对相互作用力；D、旗对绳子的拉力和旗受到的重力，两个力分别是绳子和旗受到的力，因此它们不是一对平衡力。故选：A。10．如图所示，放在水平桌面上的杯子，处于静止状态，则（）A．杯子受到的重力和杯子对桌面的压力是一对平衡力 B．杯子受到的重力和桌面对杯子的支持力是一对平衡力 C．杯子对桌面的压力和杯子受到的支持力是一对平衡力 D．杯子受到的重力和杯子对桌面的压力是一对相互作用力【解答】解：A、杯子受到的重力和杯子对桌面的压力分别作用在杯子和桌面上，不是作用在同一个物体上，所以不是一对平衡力，故A错误；B、杯子受到的重力与桌面对杯子的支持力都是作用在杯子上，且大小相等，方向相反作用在同一物体上，是一对平衡力，故B正确；C、杯子对桌面的压力和杯子受到的支持力分别作用在桌面和杯子上，所以不是一对平衡力，故C错误；D、杯子受到的重力竖直向下，杯子对桌面的压力的方向是竖直向下，受力方向相同，所以不是相互作用力，故D错误。故选：B。11．如图所示，物体受到两个力的作用，这两个力能平衡的是（）A． B． C． D．【解答】解：A、图中两个力不是作用在同一直线上，则这两个力不能平衡，故A不符合题意；B、图中两个力不是作用在同一直线上，则这两个力不能平衡，故B不符合题意；C、图中两个力的大小不相等，则这两个力不能平衡，故C不符合题意；D、图中，两个力作用在同一物体上，在同一直线上，大小相等，方向相反，是一对平衡力，故D符合题意。故选：D。12．如图所示，悬挂在天花板下方的小球保持静止状态，与小球重力是一对平衡力的是（）A．绳子对小球的拉力 B．绳子受到的重力 C．小球对绳子的拉力 D．天花板对绳子的拉力【解答】解：A、小球受到的重力与绳子对小球的拉力符合二力平衡的条件，是一对平衡力，故A正确；B、绳子受到的重力与小球受到的重力，没有作用在同一个物体上，且方向相同，所以不是平衡力，故B错误；C、小球对绳子的拉力与小球受到的重力，没有作用在同一个物体上，不是平衡力，故C错误；D、小球受到的重力与天花板对绳子的拉力，这两个力的大小不同（天花板对绳子的拉力等于绳子和小球的总重力），不是平衡力，故D错误。故选：A。13．“床前明月光，地上鞋一双”，静止在地上的鞋受到的重力和支持力是一对平衡力。【解答】解：鞋子静止在地面上，所以受到的重力和支持力是一对平衡力。故答案为：支持力。四．二力平衡条件的应用（共8小题）14．把重为G的木块竖直挂在弹簧测力计的下方，木块处于静止状态，如图所示。木块对测力计的拉力为F1，测力计对木块的拉力为F2，则关于G、F1、F2三个力的关系，下列说法正确的是（）A．G和F2作用在同一物体上，方向相同 B．G和F1作用在同一物体上，方向相反 C．G和F2作用在不同物体上，方向相反 D．G和F1作用在不同物体上，方向相同【解答】解：把重为G的木块竖直挂在弹簧测力计的下方，木块处于静止状态，如图所示。重力G是木块受到的，方向竖直向下，木块对测力计的拉力为F1是测力计受到的，方向竖直向下，测力计对木块的拉力为F2是木块受到的，方向竖直向上；G和F1作用在不同物体上，方向相同，G和F2作用在同一物体上，方向相反，故D正确，ABC错误。故选：D。15．如图所示，两个完全相同的物体在同一水平面上做匀速直线运动，已知v1＞v2，则它们所受的拉力F1和F2的大小关系是（）A．F1＝F2 B．F1＞F2 C．F1＜F2 D．无法判断【解答】解：在水平方向上，每个物体都受拉力F与滑动摩擦力f作用，两个物体都做匀速直线运动，处于平衡状态，拉力都是等于摩擦力，两个完全相同的物体在同一水平面上运动，两物体对水平地面的压力等于自身的重力，相等；接触面的材料与接触面的粗糙程度相同，所以两物体所受的摩擦力大小相等，则拉力相等，故A正确，BCD错误。故选：A。16．用测力计两次拉动同一物体竖直向上做匀速直线运动，物体两次运动的速度分别为1米/秒和2米/秒，两次测力计的示数分别为F1和F2，则（）A．F1＝F2 B．F1＝2F2 C．F2＝2F1 D．F2＝0.5F1【解答】解：物体受竖直向下的重力G，竖直向上的拉力F，做匀速直线运动，处于平衡状态，由平衡条件得：F1＝G，F2＝G，所以F1＝F2，故选：A。17．如图所示，一根弹性杆的一端固定在倾角为30°的斜面上，杆的另一端固定一个重量是2N的小球，小球处于静止状态时，弹性杆对小球的弹力（）A．大小为2N，方向平行于斜面向上 B．大小为1N，方向平行于斜面向上 C．大小为2N，方向垂直于斜面向上 D．大小为2N，方向竖直向上【解答】解：小球受到竖直向下的重力G＝2N，杆对小球的作用力F，小球静止，处于平衡状态，由平衡条件得：F与重力G是一对平衡力，则F＝G＝2N，方向竖直向上；故选：D。18．用100牛的水平拉力拉着质量为20千克的箱子在水平地面上以1米/秒的速度左匀速直线运动，箱子与地面间的滑动摩擦力为100牛；若箱子以5米/秒的速度在同样的地面上做匀速直线运动，水平拉力应不变（选填“增大”、“减小”或“不变”）；若在箱子上再加5千克重物，要使箱子以1米/秒的速度在同样的地面上做匀速直线运动，这时拉力应增大（选填“增大”、“减小”或“不变”）。【解答】解：（1）因为以1米/秒的速度左匀速直线运动和以5米/秒的速度在同样的地面上做匀速直线运动，木箱都做匀速直线运动，因此摩擦力都等于推力，大小都为100N；（2）影响摩擦力的因素：压力和接触面的粗糙程度。若在箱子上再加5千克重物，压力增大，摩擦力增大，拉力也增大。故答案为：100；不变；增大。19．重力为20牛的木块在大小为4牛的水平推力作用下，沿水平路面做匀速直线运动。木块受到的滑动摩擦力为4牛；若突然撤去水平推力，木块在向前运动过程中受到的滑动摩擦力为4牛；若不计空气阻力，将木块匀速向上提起，拉力大小为20牛。【解答】解：木块在大小为4牛的水平推力作用下，沿水平路面做匀速直线运动，木块水平方向上受到推力和滑动摩擦力作用，这两个力是平衡力，大小相等，推力是4N，所以滑动摩擦力是4N。若突然撤去水平推力，物体对水平路面的压力不变，水平路面的粗糙程度不变，所以滑动摩擦力大小不变，所以此时滑动摩擦力大小为4N。若不计空气阻力，将木块匀速向上提起，木块在竖直方向上进行匀速直线运动，木块在竖直方向上受到竖直向上的拉力和竖直向下的重力作用，这两个力是平衡力，大小相等，重力是20N，所以拉力是20N。故答案为：4；4；20。20．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，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O（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的重力G（后两空均选填“大于”、“等于”或“小于”）。【解答】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的重力G。故答案为：二力平衡；O；小于；等于。21．某同学用绳系住重力为2牛的物体使其沿竖直方向缓慢地做匀速直线运动。若不计空气阻力，第一次拉着物体以速度v1匀速上升时，绳对物体的拉力为2牛，第二次拉着此物体以速度v2匀速下降，若v1＜v2，则绳对物体的拉力等于（选填“大于”或“小于”或“等于”）2牛，方向为竖直向上。【解答】解：当绳拉着它匀速上升时，物体处于平衡状态，绳对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力，大小相等，方向相反，所以绳子对物体的拉力等于2N；第二次拉着此物体匀速下降时，物体处于平衡状态，绳对物体的拉力和物体受到的重力仍是一对平衡力，大小相等，方向相反，则绳对物体的拉力等于2N，绳对物体的拉力方向与重力方向相反，竖直向上。故答案为：2；等于；竖直向上。五．探究二力平衡的条件（共3小题）22．在“探究二力平衡的条件”实验中，要保持物体处于静止状态或匀速直线运动状态进行研究。如图所示，实验（a）研究的是平衡的两个力是否必须作用在同一直线上。实验（b）研究的是平衡的两个力是否必须作用在同一物体上。【解答】解：静止状态或匀速直线运动状态属于平衡状态，所以在“探究二力平衡的条件”实验中，应保持物体处于静止状态或匀速直线运动状态进行研究；（a）图物体受到的两个力不在同一直线上，物体转动，物体不处于平衡状态，所以（a）所示实验过程说明所探究的两个力需作用在同一直线上；（b）图把两个物体作为一个整体，当两个力作用在同一物体上，物体处于静止状态，当从中间剪开，一个物体变成两个物体，物体开始运动，说明所探究的两个力要作用在同一物体上。故答案为：静止状态；匀速直线运动；同一直线上；同一物体上。23．在“探究二力平衡条件”的实验中，小明选择了如图的装置，把小卡片两端的细线绕过滑轮，并挂上钩码。（1）为了使实验条件与实验目的相符合，选择器材时，小卡片应越轻越好（填“越轻越好”、“越重越好”）；探究两个力大小关系时，应该观察细线两端所挂钩码的个数。（2）为了探究两个平衡力是否在同一条直线上，进行如下操作：旋转（填“挤压”、“旋转”）小卡片，松手后观察小卡片是否平衡。（3）为了探究两个平衡力是否作用在同一物体上，进行如下操作：先将纸片一分为二，然后观察小卡片是否平衡。（4）小明利用弹簧测力计代替图中的钩码进行了探究，发现两个力的大小还有较小的差距。除了测量误差外，你认为形成差距的原因还可以是两个滑轮的摩擦不同。【解答】解：（1）选择小卡片是为了不考虑小卡片的重力，小卡片应越轻越好；（2）旋转小卡片，使细线作用在它上面的力不在同一直线上，看其是否平衡，来探究两个平衡力是否在同一条直线上；（3）为了探究两个平衡力是否作用在同一物体上，进行如下操作：先将纸片一分为二，然后观察小卡片是否平衡；（4）在实验过程中，使用测力计进行测量，由于滑轮的摩擦不同，会造成实验结果误差。故答案为：（1）越轻越好；（2）旋转；（3）将纸片一分为二；（4）两个滑轮的摩擦不同。24．在“探究二力平衡的条件”实验中，小嘉填写的实验报告（部分）如下，请完成空格处的内容。实验名称探究二力平衡的条件实验目的：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、木板、白纸、重物、细线。实验步骤：1.探究当物体处于静止状态时，两个力的关系。………2.探究当物体处于匀速直线运动状态时，两个力的关系。……【解答】解：填写的实验报告要有实验的几个基本组成部分，首先要有“实验目的”的环节；故“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”是本实验的目的。在实验器材中，要有基本完成实验目的器材；就此实验来说，必须有测量力的工具﹣﹣弹簧测力计，用于测量重物受到的力。物体处于平衡状态的标志是物体处于静止状态或匀速直线运动状态；故在研究二力平衡的条件时，必须确保物体处于静止或匀速直线运动状态。故答案为：实验目的；弹簧测力计；静止；匀速直线运动。六．力的合成与应用（共8小题）25．重为G的正方体静止在水平面上，若在该正方体上表面的中央施加一个竖直向上的力，其大小为F（F＜G），此时该正方体在竖直方向上所受重力和支持力的合力的大小为（）A．0 B．F C．G﹣F D．G【解答】解：正方体物块始终静止在水平面上，正方体物块受到竖直向下的重力、竖直向上的拉力和支持力，三个力平衡，由力的平衡可知G＝F+F支，在竖直方向上所受重力和支持力的合力的大小等于F。故选：B。26．F1、F2是同一水平直线上的两个力，它们的合力大小为30N，方向向左，F1的大小是10N，则关于F2的大小和方向，下列说法中正确的是（）A．F2的大小一定是20N B．F2的大小一定是40N C．F2的方向一定沿水平向左 D．F2的方向可能向左，也可能向右【解答】解：已知合力大小为F＝30N，方向向左，F1大小为10N；当F1向左，F2也向左时，F2＝30N﹣10N＝20N；当F1向右时，F2向左时，有F2﹣F1＝30N，则F2＝30N+10N＝40N，综上可知，F2的大小可能是20N、也可能是40N，故AB错误；F2的方向一定沿水平向左，F1的方向可能向左、也可能向右，故C正确，D错误。故选：C。27．竖直向上抛出的物体在空中受到重力和空气阻力的作用（阻力始终小于重力）。若物体在上升过程所受合力大小为F1、下降过程所受合力大小F2，则（）A．F1一定小于F2 B．F1可能等于F2 C．F1可能小于F2 D．F1一定大于F2【解答】解：设物体上升时受到的阻力大小为f、重力为G，下降时受到的阻力为f'，且f＜G、f'＜G。则当物体上升时，阻力与重力的方向都竖直向下，则合力：F1＝G+f。则当物体下降时，受到竖直向下的重力和竖直向上的阻力，物体受到这两个力的方向相反，则合力：F2＝G﹣f'；比较F1与F2的结果可知：F1＞F2。故选：D。28．重为G的篮球竖直下落，与地面碰撞后竖直向上弹起，若空气阻力大小恒定，篮球下落和上升过程中受到的合力分别为F1、F2，则（）A．F1＞G，F1与G的方向相反 B．F1＜G，F1与G的方向相同 C．F2＞G，F2与G的方向相反 D．F2＜G，F2与G的方向相同【解答】解：（1）当篮球竖直向下运动时，篮球的重力G方向竖直向下，空气阻力f方向竖直向上，则篮球所受合力：F1＝G﹣f，即F1＜G，F1与G的方向相同；（2）当篮球竖直向上运动时，篮球的重力G方向竖直向下，空气阻力f方向竖直向下，篮球所受合力：F2＝G+f，即F2＞G，F2与G的方向相同。综上所述，只有选项B说法正确。故选：B。29．一个质量为0.5千克的物体在重力作用下竖直下落，它受到的阻力大小为1牛，则该物体受到的重力为4.9牛，重力与阻力的合力为3.9牛，合力的方向是竖直向下。【解答】解：物体的重力：G＝mg＝0.5kg×9.8N/kg＝4.9N；物体竖直下落时，受竖直向下的重力和竖直向上的阻力，则物体受到的合力：F合＝G﹣f＝4.9N﹣1N＝3.9N，方向竖直向下。故答案为：4.9；3.9；竖直向下。30．已知物体运动速度越大，受到的空气阻力越大。如图所示，篮球处于抛出点受到的合力最大，处于落地点受到的合力最小（均选填“最