内容正文:
第2章 力与空间探索
第2节 运动与相互作用
课时2 二力平衡
◆网络构建
◆课本导学
1. 二力平衡
2. 二力平衡的条件
3. 平衡力和相互作用力的异同
4. 二力平衡条件的应用
◆解题突破
题型1 探究二力平衡的条件
题型2 二力平衡条件的应用
◆基础训练
考点1 平衡状态
考点2 二力平衡的条件
考点3 二力平衡条件的应用
易错点 平衡力和相互作用力混淆
◆强化训练
二力平衡
1.二力平衡
(1)二力平衡现象
图示
静止的吊灯
【注】此图可反映出,物体受力的作用时,运动状态不一定就会发生变化。
受力分析
挂在天花板上的吊灯,受到向下的重力和电线对它向上的拉力
货物受到向下的重力和吊机对它向上的拉力
状态
静止
匀速直线运动
【名师讲解】搬而未起时,物体也受平衡力的作用。
(2)二力平衡:一个物体在两个力的作用下,如果保持静止或匀速直线运动状态,就说明这两个力是平衡的(即二力平衡)。
【注意】物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。注意,“保持” 一词也很关键。竖直上抛的物体,到达最高点时有极为短暂的 “静止”,但不能保持,随即就下落,所以竖直上抛的物体在最高点的状态不能称为平衡状态。
◆归纳总结:物体的运动状态与受力情况的关系:
【名师讲解】一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。即保持平衡状态。
【例1】下列物体受到平衡力的是( )
A. 空中自由下落的苹果
B. 竖直向上抛出的石子
C. 做匀速圆周运动的小球
D. 匀速直线下降的跳伞运动员
【方法点拨】物体是否受力平衡的判断方法
2. 二力平衡的条件(教材第 71 页 “探索活动”)
提出问题
二力平衡时,这两个力有什么特点?二力平衡的条件是什么?
猜想与假设
可能与两个力的大小、方向、是否作用在同一直线上有关
设计实验
改变小车两侧绳子拉力的大小(通过改变砝码的质量实现)、方向(通过扭转小车实现),由静止释放小车,观察小车在什么条件下会保持静止状态不变
进行实验
图示
操作
(1) 在两边的托盘中放不等重的砝码
(2) 在两边的托盘中放等重的砝码
(3) 在两边的托盘中放等重的砝码,并将小车扭转一个角度,使小车两侧绳子相互平行
现象
放开小车后,小车将会向砝码重的一侧运动。
放开小车后,小车保持静止。
放开小车后,小车将会旋转。
分析
此时小车两侧受到的拉力方向相反,在同一直线上,但大小不相等,小车不能处于平衡状态。
此时小车两侧受到的拉力大小相等,方向相反,在同一直线上,小车处于平衡状态。
此时小车两侧受到的拉力大小相等,方向相反,但不在一条直线上,小车不能处于平衡状态。
实验
记录
序号
小车所受二力的情况
小车运动状态是否改变
大小
方向
是否在同一直线上
(1)
不相等
相反
是
是
(2)
相等
相反
是
否
(3)
相等
相反
否
是
实验结论
二力平衡的条件:作用在同一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且力的作用线在同一条直线上,那么这两个力就相互平衡
【名师讲解】(1)上述结论是在物体静止的情形中得出的,但它同样适用于物体做匀速直线运动时的情形。
(2)二力平衡是最简单的一种受力平衡情形。当一个物体受到几个力作用时,如果保持静止或匀速直线运动状态,我们也说这几个力平衡,物体处于平衡状态。
花盆受到的重力和桌面对它的支持力是一对平衡力;桌面对花盆的支持力和花盆对桌面的压力是一对相互作用力。
作用在绳子上的两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上时,二力平衡。
【例2】如图所示,下列物体受力示意图中,物体能处于平衡状态的是( )
3. 平衡力和相互作用力的异同
平衡力
相互作用力
示意图
相同点
大小
相等
方向
方向相反,且在同一条直线上
不同点
作用
对象
作用在同一物体上
分别作用在两个物体上
作用
时间
二力具有独立性,当一个力消失或变化时,另一个力可能不变
同时产生、同时消失
作用
效果
两个力作用在同一物体上,使物体保持平衡状态
两个力分别作用在不同的物体上,产生不同的效果
◆教材<思考与讨论>(见教材第72页)
1. 茶杯所受的重力和桌面给茶杯的支持力是一对相互平衡的力;茶杯给桌面的压力和桌面给茶杯的支持力是相互作用力。
2. 因为跳伞运动员在空中做匀速直线运动,所以跳伞运动员和伞受到一对平衡力,即跳伞运动员和伞所受的总重力与空气给跳伞运动员和伞的阻力是一对平衡力,所以跳伞运动员和伞受到的阻力等于它们的总重力,所以它们受到的阻力大小是1000N, 方向竖直向上。
【例3】如图所示,人坐在吊椅(椅面水平)上静止时,下列说法正确的是( )
A. 人对吊椅的压力和吊环对吊椅的拉力是一对平衡力
B. 人所受的重力和吊椅对人的支持力是一对平衡力
C. 吊椅所受的重力和吊椅对人的支持力是一对相互作用力
D. 人所受的重力和人对吊椅的压力是同一个力
【方法点拨】判断两个大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力是平衡力还是相互作用力,关键是看这两个力是否作用在同一物体上。
4. 二力平衡条件的应用
(1) 判断未知力的大小和方向
① 若物体只受两个力的作用,且保持静止或匀速直线运动状态,那么这两个力一定是一对平衡力,必定满足 “同体、等大、反向、共线” 四个条件。知道其中一个力,即可确定另一个力的大小和方向。
② 物体在水平方向上受到一对作用力,在竖直方向上也受到一对作用力,若物体能保持静止或匀速直线运动状态,则水平方向的一对力是平衡力,竖直方向的一对力也是平衡力。知道一个力,即可求出对应的平衡力。
(2) 判断物体的运动状态
若物体只受到两个力,且这两个力满足 “同体、等大、反向、共线” 四个条件,那么可以判断该物体一定处于静止或匀速直线运动状态。
物体受到非平衡力时,物体的运动状态一定发生改变。
当艺人在钢丝绳上行走时,需要时刻保持自身重力和钢丝绳的支持力在一条竖直线上,才能保持平衡。
【例4】吊车以2m/s的速度将重为1×105N的物体匀速向上吊起,这时钢索对重物的拉力是______N;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大小是______N,方向__________。
解题突破
◆题型1 探究二力平衡的条件
【例1】(杭州西湖区期末) 在 “探究二力平衡的条件” 实验中,实验设计如图所示。
(1) 当小车在水平桌面上处于________或匀速直线运动状态时,表明小车处于平衡状态,实验中通过改变两边的________________来改变小车受到的拉力F1、F2的大小。
(2) 实验中观察到,当静止的小车两边挂上不等的钩码时,小车将______(选填 “运动” 或 “静止”),说明此时二力______(选填 “平衡” 或 “不平衡”)。
(3) 实验中,保持F1、F2的大小相等,将小车保持水平放置后扭转一个角度,松手后,小车______(选填 “能” 或 “不能”)保持静止,此操作的目的是探究大小相等、方向相反但________的两个力是否可以平衡。
【补充追问】小明用硬纸片代替实验中的小车,两端的钩码质量相等时,硬纸片保持静止。用剪刀将硬纸片从中间剪开,发现分开后的硬纸片向相反方向运动。由此可以得到二力平衡的一个条件: ________________________。
◆题型2 二力平衡条件的应用
【例2】如图所示力和运动的四个情景,下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
A.木块与表面光滑的小车一起做匀速直线运动,小车受阻力停止时,木块立刻停止
B.人向另一船推了一下,两船同时向后运动,说明力的作用是相互的
C.水平向右的力推桌子没推动,是因为此时摩擦力大于推力
D.每隔相等时间拍摄的某个同学向右运动的位置图片,该同学运动的越来越快
◆考点1 平衡状态
1.在以下案例中,处于平衡状态的物体是( )
甲 乙 丙 丁
A. 图甲中,匀速转动的橡皮
B. 图乙中,渔民抛出且在最高点的渔网
C. 图丙中,撑竿上升的运动员
D. 图丁中,推而未动的箱子
2.[2025 浙江嘉兴质检] 踢毽子起源于汉代。《事物纪原》中记载:“今小儿以铅锡为钱,装以鸡羽,呼为毽子,三四成群走踢”。毽子被踢出后的运动轨迹如图所示,以下哪种情况毽子处于平衡状态( )
A. 在上升过程中
B. 上升到最高点时
C. 在下落过程中
D. 在落地后
◆考点2 二力平衡的条件
3.[2024 浙江湖州期末] 如图所示的各种情景中,F1与F2大小均相等,则这两个力彼此平衡的是( )
A. B. C. D.
4.如图所示,在研究二力平衡条件的实验中,取一块硬纸板在相对的顶点附近各开一个小孔用细线系住,细线的两端分别跨过桌边的两个定滑轮。
(1) 图甲中,当两侧定滑轮上所挂砝码质量________时,纸板静止。
(2) 保持两侧所挂砝码质量相等,把纸板扭转一个角度,使拉力F1和F2不在同一直线上,这时纸板________。当纸板重新恢复到原来的静止状态时,拉力F1和F2作用在同一直线上。由上述实验可知,作用在同一物体上的两个力,如果________、方向________、作用在____________,这两个力就彼此平衡。
◆考点3 二力平衡条件的应用
5.如图,送餐机器人工作时,在水平路面上沿直线匀速前行。下列说法正确的是( )
A.食物对餐盘的压力和机器人对餐盘的支持力是一对平衡力
B.机器人受到重力、支持力和摩擦力共3个力的作用
C.机器人始终保持餐盘水平,则餐盘上的食物会受摩擦力的作用
D.机器人匀速前进时受力平衡
6.小科想利用轻薄的硬铁片,通过弯折、焊接等方法设计并制作一款结构稳定、适合拍摄的手机桌面支架。下图实物模型中,手机不能保持稳定的是( )
A. B. C. D.
◆易错点 平衡力和相互作用力混淆
7.[2025 浙江宁波调研] 如图所示,无风时,站在地面上的小蚂蚁骄傲地托着果实。下列说法正确的是( )
A. 果实受到重力和蚂蚁对果实的支持力作用,这两个力是一对平衡力
B. 果实受到重力,蚂蚁受到压力作用,这两个力是一对相互作用力
C. 蚂蚁能够静止,是因为地面对蚂蚁的支持力等于蚂蚁的重力
D. 果实能够静止,是因为蚂蚁对它的支持力大于果实受到的重力
1.[2025 浙江金华期末] 如图所示为某同学在匀速行驶的高铁的水平桌面上拍摄的静止不动的硬币。下列分析不正确的是( )
A. 硬币对桌面的压力与硬币的重力方向相同
B. 硬币对桌面的压力与硬币的重力是一对平衡力
C. 桌面对硬币的支持力大小等于硬币的重力大小
D. 硬币对桌面的压力和桌面对硬币的支持力是一对相互作用力
2.[2025 浙江舟山期末] 如图所示,三个质量相同的物体分别受到竖直向上的拉力作用,处于不同的状态:甲静止,乙以 5m/s 的速度向上做匀速直线运动,丙以 10m/s 的速度向下做匀速直线运动,则F甲、F乙、F丙的大小关系是(不计空气阻力)( )
A. F甲=F乙=F丙 B. F甲<F乙<F丙 C. F甲>F乙>F丙 D. F甲>F乙>F丙
3.如图,将轻质弹簧上端固定,下端位于A点时弹簧恰好不发生形变。若将一小球挂在弹簧下端,静止时小球于O点,现将小球从A点由静止释放,能下落至最低点B,不计空气阻力,则小球( )
A.从A点到O点运动过程中,速度先增大后减小
B.从A点到O点运动过程中,速度一直增大
C.从O点到B点运动过程中,速度先增大后减小
D.运动至最低点B时,速度为0,受平衡力作用
4.[2023 浙江丽水中考] 2023 年 5 月 20 日,丽水 “山水诗路桨板赛” 开赛。比赛时人在板上用力划桨,板船快速前行。下列说法正确的是( )
A. 以岸边的树木为参照物行进中的板船是运动的
B. 桨对水的作用力和水对桨的作用力是一对平衡力
C. 划桨时板船会前进说明力是维持物体运动的原因
D. 停止划桨后板船仍能前进是由于受到惯性的作用
5.如图所示,是探究“二力平衡的条件”实验,小车两端的细绳绕过定滑轮挂有等重的钩码,此时F1与F2在同一水平直线上,下列说法正确的是( )
A.忽略摩擦,小车只受到一对平衡力的作用
B.增减钩码个数,可探究二力大小对小车平衡的影响
C.实验中让小车在水平桌面上做匀速直线运动比较容易操作
D.小车受到的重力与小车对桌面的压力是一对相互作用力,对实验没有影响
6.用弹簧测力计吊着一个重 2N 的物体在竖直方向上运动,物体运动的 s-t 图像如图所示,在 OA、AB 两个过程中,弹簧测力计的示数分别为F1、F2,忽略空气阻力,则( )
A.OA 段,物体速度越来越快
B.AB 段,物体做匀速直线运动
C. 在这两个过程中,物体受到的力都不是平衡力
D. 在这两个过程中,弹簧测力计的读数F1=F2
7.[2025 浙江金华期末] 如图,将质量均匀的木棒切割并组装成两个形状相同、质量均为 m 的木模,用三根竖直细线 a、b、c 连接,在水平面上按照 “互” 字形静置,上方木模呈现悬浮效果,这是利用了建筑学中的 “张拉整体” 结构原理。则( )
A.a 点受到的拉力等于 mg
B.b 的拉力大于 a 的拉力
C. 改变细线方向有可能改变上方木模状态
D. 改变木模放置方式会使地面受到的压力改变
8.如图所示为某跳伞运动员在空中匀速下落的过程,已知降落伞和人受到的重力为分别为G1和G2,降落伞对人的拉力为F,空气对降落伞和人的阻力分别为f1和f2。在空气中的浮力忽略不计,则下列关系式正确的是( )
A.G1=f1 B.G1=F C.G2=f2+F D.G2=F
9.用如图所示的装置做“探究二力平衡的条件”的实验时,应选________(选填“轻一些”或“重一些”)的小卡片。卡片平衡时,小华将卡片转过一个角度,松手后卡片不能平衡,设计此实验步骤的目的是探究不在___________(选填“同一直线”或“同一物体”)上的两个力是否能平衡。当卡片重新恢复到静止状态,这时卡片两边的拉力大小________、方向相反。
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第2章 力与空间探索
第2节 运动与相互作用
课时2 二力平衡
◆网络构建
◆课本导学
1. 二力平衡
2. 二力平衡的条件
3. 平衡力和相互作用力的异同
4. 二力平衡条件的应用
◆解题突破
题型1 探究二力平衡的条件
题型2 二力平衡条件的应用
◆基础训练
考点1 平衡状态
考点2 二力平衡的条件
考点3 二力平衡条件的应用
易错点 平衡力和相互作用力混淆
◆强化训练
二力平衡
1.二力平衡
(1)二力平衡现象
图示
静止的吊灯
【注】此图可反映出,物体受力的作用时,运动状态不一定就会发生变化。
受力分析
挂在天花板上的吊灯,受到向下的重力和电线对它向上的拉力
货物受到向下的重力和吊机对它向上的拉力
状态
静止
匀速直线运动
【名师讲解】搬而未起时,物体也受平衡力的作用。
(2)二力平衡:一个物体在两个力的作用下,如果保持静止或匀速直线运动状态,就说明这两个力是平衡的(即二力平衡)。
【注意】物体保持静止或匀速直线运动的状态称为平衡状态。注意,“保持” 一词也很关键。竖直上抛的物体,到达最高点时有极为短暂的 “静止”,但不能保持,随即就下落,所以竖直上抛的物体在最高点的状态不能称为平衡状态。
◆归纳总结:物体的运动状态与受力情况的关系:
【名师讲解】一切物体在没有受到外力作用的时候,总保持匀速直线运动状态或静止状态。即保持平衡状态。
【例1】下列物体受到平衡力的是( )
A. 空中自由下落的苹果
B. 竖直向上抛出的石子
C. 做匀速圆周运动的小球
D. 匀速直线下降的跳伞运动员
【解析】A.下落的苹果的速度越来越快→速度不断变大→处于非平衡状态;
B.上抛的石子→先向上减速运动,再向下加速运动→速度大小和方向都变化→处于非平衡状态;
C.做匀速圆周运动的小球→速度方向不断发生变化→处于非平衡状态;
D.跳伞运动员匀速直线下降→做匀速直线运动→处于平衡状态→受力平衡。
【答案】D
【方法点拨】物体是否受力平衡的判断方法
2. 二力平衡的条件(教材第 71 页 “探索活动”)
提出问题
二力平衡时,这两个力有什么特点?二力平衡的条件是什么?
猜想与假设
可能与两个力的大小、方向、是否作用在同一直线上有关
设计实验
改变小车两侧绳子拉力的大小(通过改变砝码的质量实现)、方向(通过扭转小车实现),由静止释放小车,观察小车在什么条件下会保持静止状态不变
进行实验
图示
操作
(1) 在两边的托盘中放不等重的砝码
(2) 在两边的托盘中放等重的砝码
(3) 在两边的托盘中放等重的砝码,并将小车扭转一个角度,使小车两侧绳子相互平行
现象
放开小车后,小车将会向砝码重的一侧运动。
放开小车后,小车保持静止。
放开小车后,小车将会旋转。
分析
此时小车两侧受到的拉力方向相反,在同一直线上,但大小不相等,小车不能处于平衡状态。
此时小车两侧受到的拉力大小相等,方向相反,在同一直线上,小车处于平衡状态。
此时小车两侧受到的拉力大小相等,方向相反,但不在一条直线上,小车不能处于平衡状态。
实验
记录
序号
小车所受二力的情况
小车运动状态是否改变
大小
方向
是否在同一直线上
(1)
不相等
相反
是
是
(2)
相等
相反
是
否
(3)
相等
相反
否
是
实验结论
二力平衡的条件:作用在同一个物体上的两个力,如果大小相等,方向相反,并且力的作用线在同一条直线上,那么这两个力就相互平衡
【名师讲解】(1)上述结论是在物体静止的情形中得出的,但它同样适用于物体做匀速直线运动时的情形。
(2)二力平衡是最简单的一种受力平衡情形。当一个物体受到几个力作用时,如果保持静止或匀速直线运动状态,我们也说这几个力平衡,物体处于平衡状态。
花盆受到的重力和桌面对它的支持力是一对平衡力;桌面对花盆的支持力和花盆对桌面的压力是一对相互作用力。
作用在绳子上的两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上时,二力平衡。
【例2】如图所示,下列物体受力示意图中,物体能处于平衡状态的是( )
【解析】
选项
是否作用在同一物体上
是否大小相等
是否方向相反
是否作用在同一条直线上
是否为一对平衡力
A
√
√
√
×
×
B
√
√
×
×
×
C
√
√
√
√
√
D
√
×
√
√
×
【答案】C
3. 平衡力和相互作用力的异同
平衡力
相互作用力
示意图
相同点
大小
相等
方向
方向相反,且在同一条直线上
不同点
作用
对象
作用在同一物体上
分别作用在两个物体上
作用
时间
二力具有独立性,当一个力消失或变化时,另一个力可能不变
同时产生、同时消失
作用
效果
两个力作用在同一物体上,使物体保持平衡状态
两个力分别作用在不同的物体上,产生不同的效果
◆教材<思考与讨论>(见教材第72页)
1. 茶杯所受的重力和桌面给茶杯的支持力是一对相互平衡的力;茶杯给桌面的压力和桌面给茶杯的支持力是相互作用力。
2. 因为跳伞运动员在空中做匀速直线运动,所以跳伞运动员和伞受到一对平衡力,即跳伞运动员和伞所受的总重力与空气给跳伞运动员和伞的阻力是一对平衡力,所以跳伞运动员和伞受到的阻力等于它们的总重力,所以它们受到的阻力大小是1000N, 方向竖直向上。
【例3】如图所示,人坐在吊椅(椅面水平)上静止时,下列说法正确的是( )
A. 人对吊椅的压力和吊环对吊椅的拉力是一对平衡力
B. 人所受的重力和吊椅对人的支持力是一对平衡力
C. 吊椅所受的重力和吊椅对人的支持力是一对相互作用力
D. 人所受的重力和人对吊椅的压力是同一个力
【解析】A. (×) 吊环对吊椅的拉力等于人与吊椅的重力之和,大于人对吊椅的压力,不是一对平衡力;B. (√) 人所受的重力和吊椅对人的支持力大小相等、方向相反、作用在同一个物体上、作用在同一条直线上,是一对平衡力;C. (×) 吊椅所受的重力与吊椅对地球的吸引力是相互作用力;D. (×) 人所受的重力和人对吊椅的压力是不同性质的两个力。
【答案】B
【方法点拨】判断两个大小相等、方向相反、作用在同一直线上的力是平衡力还是相互作用力,关键是看这两个力是否作用在同一物体上。
4. 二力平衡条件的应用
(1) 判断未知力的大小和方向
① 若物体只受两个力的作用,且保持静止或匀速直线运动状态,那么这两个力一定是一对平衡力,必定满足 “同体、等大、反向、共线” 四个条件。知道其中一个力,即可确定另一个力的大小和方向。
② 物体在水平方向上受到一对作用力,在竖直方向上也受到一对作用力,若物体能保持静止或匀速直线运动状态,则水平方向的一对力是平衡力,竖直方向的一对力也是平衡力。知道一个力,即可求出对应的平衡力。
(2) 判断物体的运动状态
若物体只受到两个力,且这两个力满足 “同体、等大、反向、共线” 四个条件,那么可以判断该物体一定处于静止或匀速直线运动状态。
物体受到非平衡力时,物体的运动状态一定发生改变。
当艺人在钢丝绳上行走时,需要时刻保持自身重力和钢丝绳的支持力在一条竖直线上,才能保持平衡。
【例4】吊车以2m/s的速度将重为1×105N的物体匀速向上吊起,这时钢索对重物的拉力是______N;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大小是______N,方向__________。
【答案】1×105N 1×105N 竖直向上
【解析】重物匀速向上运动时,做匀速直线运动,受到竖直向下的重力和竖直向上的拉力,拉力和重力是一对平衡力,大小相等,所以拉力大小是1×105N;若钢索改为以3m/s的速度使重物匀速下降,重物仍做匀速直线运动,受到竖直向下的重力和竖直向上的拉力,拉力和重力是一对平衡力,大小相等,所以拉力大小仍是1×105N。
解题突破
◆题型1 探究二力平衡的条件
【例1】(杭州西湖区期末) 在 “探究二力平衡的条件” 实验中,实验设计如图所示。
(1) 当小车在水平桌面上处于________或匀速直线运动状态时,表明小车处于平衡状态,实验中通过改变两边的________________来改变小车受到的拉力F1、F2的大小。
(2) 实验中观察到,当静止的小车两边挂上不等的钩码时,小车将______(选填 “运动” 或 “静止”),说明此时二力______(选填 “平衡” 或 “不平衡”)。
(3) 实验中,保持F1、F2的大小相等,将小车保持水平放置后扭转一个角度,松手后,小车______(选填 “能” 或 “不能”)保持静止,此操作的目的是探究大小相等、方向相反但________的两个力是否可以平衡。
【答案】(1) 静止 钩码质量 (2) 运动 不平衡 (3) 不能 不在同一条直线上
【补充追问】小明用硬纸片代替实验中的小车,两端的钩码质量相等时,硬纸片保持静止。用剪刀将硬纸片从中间剪开,发现分开后的硬纸片向相反方向运动。由此可以得到二力平衡的一个条件: ________________________。
【答案】两个力必须作用在同一物体上
◆题型2 二力平衡条件的应用
【例2】如图所示力和运动的四个情景,下列说法正确的是( )
A. B. C. D.
A.木块与表面光滑的小车一起做匀速直线运动,小车受阻力停止时,木块立刻停止
B.人向另一船推了一下,两船同时向后运动,说明力的作用是相互的
C.水平向右的力推桌子没推动,是因为此时摩擦力大于推力
D.每隔相等时间拍摄的某个同学向右运动的位置图片,该同学运动的越来越快
【解析】A、根据牛顿第一定律,一切物体都有保持原来运动状态的性质。木块与表面光滑的小车一起做匀速直线运动,小车受阻力停止时,由于木块与小车间无摩擦力,木块会因惯性保持原来的匀速直线运动状态,不会立刻停止,故A错误。
B、人向另一船推了一下,人对另一船施加了力,同时另一船也对人所在的船施加了力,两船同时向后运动,说明物体间力的作用是相互的,故B正确。
C、水平向右的力推桌子没推动,此时桌子处于静止状态,受到的是平衡力作用,水平方向上推力和摩擦力大小相等,故C错误。
D、根据频闪照片判断物体运动快慢时,相等时间内通过的路程越来越小,则物体运动越来越慢,故D错误。
【答案】B
◆考点1 平衡状态
1.在以下案例中,处于平衡状态的物体是( )
甲 乙 丙 丁
A. 图甲中,匀速转动的橡皮
B. 图乙中,渔民抛出且在最高点的渔网
C. 图丙中,撑竿上升的运动员
D. 图丁中,推而未动的箱子
【答案】D
【解析】题图甲中,匀速转动的橡皮在做圆周运动,运动方向一直发生变化,所以不是平衡状态;题图乙中,渔民抛出且在最高点的渔网只受到重力作用,受到的力是非平衡力,所以不是平衡状态;题图丙中,撑竿上升的运动员受到非平衡力的作用,所以不是平衡状态;题图丁中,推而未动的箱子处于静止状态,所以是平衡状态。故选 D。
知识归纳:平衡状态是指静止状态或匀速直线运动状态。
2.[2025 浙江嘉兴质检] 踢毽子起源于汉代。《事物纪原》中记载:“今小儿以铅锡为钱,装以鸡羽,呼为毽子,三四成群走踢”。毽子被踢出后的运动轨迹如图所示,以下哪种情况毽子处于平衡状态( )
A. 在上升过程中
B. 上升到最高点时
C. 在下落过程中
D. 在落地后
【答案】D
【解析】毽子在上升和下落过程中运动方向和速度不断变化,处于非平衡状态,故 AC 错误;毽子上升到最高点时,只受重力作用,所以受力不平衡,处于非平衡状态,故 B 错误;毽子在落地后,处于静止状态,所以受平衡力作用,处于平衡状态,故 D 正确。故选 D。
◆考点2 二力平衡的条件
3.[2024 浙江湖州期末] 如图所示的各种情景中,F1与F2大小均相等,则这两个力彼此平衡的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】题图 A 中两个力不在同一条直线上,所以不是一对平衡力,故 A 错误;题图 B 中两个力作用在不同物体上,所以不是一对平衡力,故 B 错误;题图 C 中 F₁与 F₂大小相等、方向相反、作用在同一物体上,且作用在同一条直线上,是一对平衡力,故 C 正确;题图 D 中两个力不在同一条直线上,不是一对平衡力,故 D 错误。故选 C。
4.如图所示,在研究二力平衡条件的实验中,取一块硬纸板在相对的顶点附近各开一个小孔用细线系住,细线的两端分别跨过桌边的两个定滑轮。
(1) 图甲中,当两侧定滑轮上所挂砝码质量________时,纸板静止。
(2) 保持两侧所挂砝码质量相等,把纸板扭转一个角度,使拉力F1和F2不在同一直线上,这时纸板________。当纸板重新恢复到原来的静止状态时,拉力F1和F2作用在同一直线上。由上述实验可知,作用在同一物体上的两个力,如果________、方向________、作用在____________,这两个力就彼此平衡。
【答案】(1) 相等 (2) 会转动 大小相等 相反 同一直线上
【解析】(1) 题图甲中,硬纸板两端通过定滑轮所挂的砝码质量相等时,硬纸板两端的拉力大小相等,纸板静止。(2) 把硬纸板扭转一个角度,硬纸板两端的拉力不在同一直线上,硬纸板会转动,说明不在同一直线上的两个力不能平衡。由上面的分析可知:二力平衡的条件是作用在同一物体上的两个力,大小相等、方向相反、作用在同一直线上。
◆考点3 二力平衡条件的应用
5.如图,送餐机器人工作时,在水平路面上沿直线匀速前行。下列说法正确的是( )
A.食物对餐盘的压力和机器人对餐盘的支持力是一对平衡力
B.机器人受到重力、支持力和摩擦力共3个力的作用
C.机器人始终保持餐盘水平,则餐盘上的食物会受摩擦力的作用
D.机器人匀速前进时受力平衡
【答案】D
【解析】A、食物对餐盘的压力和机器人对餐盘的支持力,这两个力大小不相等,机器人对餐盘的支持力等于餐盘和食物的总重力,根据二力平衡条件,两个力大小不相等,不是一对平衡力,故A错误。B、机器人在水平路面上沿直线匀速前行,受到竖直向下的重力、竖直向上地面的支持力,水平方向还有牵引力和摩擦力,共4个力的作用,故B错误。C、机器人始终保持餐盘水平,餐盘上的食物随机器人一起匀速直线运动,食物与餐盘之间没有相对运动的趋势,所以食物不受摩擦力的作用,故C错误。D、机器人匀速前进时,处于平衡状态,根据牛顿第一定律可知,物体处于平衡状态时受力平衡,所以机器人受到的力是平衡力,故D正确。
6.小科想利用轻薄的硬铁片,通过弯折、焊接等方法设计并制作一款结构稳定、适合拍摄的手机桌面支架。下图实物模型中,手机不能保持稳定的是( )
A. B. C. D.
【答案】C
【解析】将手机与支架看成一个整体,受到重力与支持力。根据二力平衡的条件,两个力大小相等、方向相反、作用在同一物体上、作用在同一直线上时,该物体将保持平衡状态。C 中整体受到的重力和支持力不在同一直线上,重力偏右侧,方向向下,支持力偏左侧,方向向上,无法保持稳定。故选 C。
◆易错点 平衡力和相互作用力混淆
7.[2025 浙江宁波调研] 如图所示,无风时,站在地面上的小蚂蚁骄傲地托着果实。下列说法正确的是( )
A. 果实受到重力和蚂蚁对果实的支持力作用,这两个力是一对平衡力
B. 果实受到重力,蚂蚁受到压力作用,这两个力是一对相互作用力
C. 蚂蚁能够静止,是因为地面对蚂蚁的支持力等于蚂蚁的重力
D. 果实能够静止,是因为蚂蚁对它的支持力大于果实受到的重力
【答案】A
【解析】果实受到重力和蚂蚁的支持力作用,两力作用在同一物体上,大小相等,方向相反,作用在同一直线上,符合二力平衡的条件,A 正确;果实受到的重力和蚂蚁受到的压力方向相同,不是一对相互作用力,B 错误;蚂蚁能够静止,是因为地面对蚂蚁的支持力等于蚂蚁的重力和果实重力之和,C 错误;果实能够静止,是因为蚂蚁对它的支持力等于果实受到的重力,D 错误。故选 A。
易错警示:平衡力与相互作用力的区别在于:平衡力是作用在同一物体上的两个力;相互作用力是作用在两个物体上的力。
1.[2025 浙江金华期末] 如图所示为某同学在匀速行驶的高铁的水平桌面上拍摄的静止不动的硬币。下列分析不正确的是( )
A. 硬币对桌面的压力与硬币的重力方向相同
B. 硬币对桌面的压力与硬币的重力是一对平衡力
C. 桌面对硬币的支持力大小等于硬币的重力大小
D. 硬币对桌面的压力和桌面对硬币的支持力是一对相互作用力
【答案】B
【解析】硬币对水平桌面的压力方向垂直于桌面向下,重力方向竖直向下,此时硬币对桌面的压力与硬币的重力方向相同,A 正确;硬币对桌面的压力与桌面对硬币的支持力是作用在不同物体上的两个力,所以不是一对平衡力,B 错误;硬币静止在水平桌面上,处于平衡状态,水平桌面对硬币的支持力与硬币的重力是一对平衡力,所以二者大小相等,C 正确;硬币对桌面的压力和桌面对硬币的支持力同时作用在相互作用的桌面和硬币上,是一对相互作用力,D 正确。故选 B。
2.[2025 浙江舟山期末] 如图所示,三个质量相同的物体分别受到竖直向上的拉力作用,处于不同的状态:甲静止,乙以 5m/s 的速度向上做匀速直线运动,丙以 10m/s 的速度向下做匀速直线运动,则F甲、F乙、F丙的大小关系是(不计空气阻力)( )
A. F甲=F乙=F丙 B. F甲<F乙<F丙 C. F甲>F乙>F丙 D. F甲>F乙>F丙
【答案】A
【解析】甲静止,乙、丙都处于匀速直线运动状态,三个物体都处于平衡状态,三个物体所受拉力与重力大小相等,因为三个物体的质量相等,所以三个物体的重力相等,则F甲=F乙=F丙,故选 A。
3.如图,将轻质弹簧上端固定,下端位于A点时弹簧恰好不发生形变。若将一小球挂在弹簧下端,静止时小球于O点,现将小球从A点由静止释放,能下落至最低点B,不计空气阻力,则小球( )
A.从A点到O点运动过程中,速度先增大后减小
B.从A点到O点运动过程中,速度一直增大
C.从O点到B点运动过程中,速度先增大后减小
D.运动至最低点B时,速度为0,受平衡力作用
【答案】B
【解析】AB、从A点到O点运动过程中,弹簧的弹力始终小于小球的重力,小球所受的合力方向竖直向下,合力大小变小但大于零,所以小球速度一直增大,故A错误,B正确;C、从O点到B点运动过程中,弹簧的拉力变大,大于小球的重力,速度一直减小,故C错误;D、在O点时,小球受到平衡力的作用,O点向下,弹簧的形变变大,弹力变大,小球的重力不变,所以弹簧对小球的作用力大于小球的重力,所以运动到最点B时,小球受力不平衡,故D错误。
4.[2023 浙江丽水中考] 2023 年 5 月 20 日,丽水 “山水诗路桨板赛” 开赛。比赛时人在板上用力划桨,板船快速前行。下列说法正确的是( )
A. 以岸边的树木为参照物行进中的板船是运动的
B. 桨对水的作用力和水对桨的作用力是一对平衡力
C. 划桨时板船会前进说明力是维持物体运动的原因
D. 停止划桨后板船仍能前进是由于受到惯性的作用
【答案】A
【解析】以岸边的树木为参照物,板船与树木的相对位置不断发生变化,因此板船是运动的,故 A 正确;桨对水的作用力和水对桨的作用力,大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在两个物体上,因此是一对相互作用力,故 B 错误;划桨时,桨对水有力的作用,由于物体间力的作用是相互的,因此水对桨有反作用力,使船可以前进,故说明了力是改变物体运动状态的原因,故 C 错误;停止划桨后板船仍能前进,是因为板船具有惯性,但惯性不是力,不能说受到惯性的作用,故 D 错误。故选 A。
5.如图所示,是探究“二力平衡的条件”实验,小车两端的细绳绕过定滑轮挂有等重的钩码,此时F1与F2在同一水平直线上,下列说法正确的是( )
A.忽略摩擦,小车只受到一对平衡力的作用
B.增减钩码个数,可探究二力大小对小车平衡的影响
C.实验中让小车在水平桌面上做匀速直线运动比较容易操作
D.小车受到的重力与小车对桌面的压力是一对相互作用力,对实验没有影响
【答案】B
【解析】A.忽略摩擦,小车在桌面上受四个力作用,在竖直方向上受到重力和支持力是一对平衡力,在水平方向上F1与F2是一对平衡力,所以小车受到两对平衡力的作用,故A错误;B.增减钩码个数,可改变F1与F2的大小,从而探究二力大小对小车平衡的影响,故B正确;C.小车在水平桌面上运动易受到摩擦力的作用,实验中让小车在水平桌面上做匀速直线运动不容易操作,故C错误;D.小车受到的重力与小车对桌面的压力方向相同,不是一对相互作用力,对实验有影响,故D错误。
6.用弹簧测力计吊着一个重 2N 的物体在竖直方向上运动,物体运动的 s-t 图像如图所示,在 OA、AB 两个过程中,弹簧测力计的示数分别为F1、F2,忽略空气阻力,则( )
A.OA 段,物体速度越来越快
B.AB 段,物体做匀速直线运动
C. 在这两个过程中,物体受到的力都不是平衡力
D. 在这两个过程中,弹簧测力计的读数F1=F2
【答案】D
【解析】OA 段,物体运动的路程与所用时间成正比,即物体做匀速直线运动,速度不变,故 A 错误;AB 段,物体静止,故 B 错误;OA 段物体做匀速直线运动,AB 段物体静止,故物体在这两个过程中均处于平衡状态,受力平衡,故 C 错误;在这两个过程中,物体均处于平衡状态,即物体受到的弹簧测力计的拉力和物体的重力二力平衡,重力大小不变,则拉力大小也不变,所以 F₁=F₂=2N,故 D 正确。
7.[2025 浙江金华期末] 如图,将质量均匀的木棒切割并组装成两个形状相同、质量均为 m 的木模,用三根竖直细线 a、b、c 连接,在水平面上按照 “互” 字形静置,上方木模呈现悬浮效果,这是利用了建筑学中的 “张拉整体” 结构原理。则( )
A.a 点受到的拉力等于 mg
B.b 的拉力大于 a 的拉力
C. 改变细线方向有可能改变上方木模状态
D. 改变木模放置方式会使地面受到的压力改变
【答案】C
【解析】对上方木模受力分析有,Fₐ=mg+Fᵦ+F_c,则 Fₐ>Fᵦ,故 AB 错误;改变细线方向,比如 b 或 c 斜拉,则上方的木模可能会受力不平衡,因而其运动状态有可能改变,故 C 正确;改变木模放置方式,整体对地面的压力都等于总重力,因而不会使地面受到的压力改变,故 D 错误。故选 C。
关键点拨:利用整体法判断木模对水平面的压力情况,利用隔离法将上方木模隔离,分析细线的拉力情况。
8.如图所示为某跳伞运动员在空中匀速下落的过程,已知降落伞和人受到的重力为分别为G1和G2,降落伞对人的拉力为F,空气对降落伞和人的阻力分别为f1和f2。在空气中的浮力忽略不计,则下列关系式正确的是( )
A.G1=f1 B.G1=F C.G2=f2+F D.G2=F
【答案】C
【解析】因为运动员在空中匀速下落,处于平衡状态,所受合力为零。对人进行受力分析,人受到竖直向下的重力G2和降落伞对人竖直向上的拉力F以及空气对人的阻力f2,这三个力是一对平衡力,大小相等,即G2=F+f2。
对降落伞进行受力分析,降落伞受到竖直向下的重力G1、空气对降落伞竖直向上的阻力f1以及人对降落伞竖直向下的拉力(大小等于F,因为力的作用是相互的),所以G1+F=f1。
对人和降落伞整体进行受力分析,整体受到竖直向下的总重力G1+G2和竖直向上的总阻力f1+f2,则G1+G2=f1+f2。
综上所述,只有G2=F+f2正确,故C符合题意,ABD错误。
9.用如图所示的装置做“探究二力平衡的条件”的实验时,应选________(选填“轻一些”或“重一些”)的小卡片。卡片平衡时,小华将卡片转过一个角度,松手后卡片不能平衡,设计此实验步骤的目的是探究不在___________(选填“同一直线”或“同一物体”)上的两个力是否能平衡。当卡片重新恢复到静止状态,这时卡片两边的拉力大小________、方向相反。
【答案】轻一些;同一直线;相等
【解析】做“探究二力平衡的条件”的实验时,应选轻一些的小卡片,减小卡片重力对实验结果的影响。
卡片平衡时,小华将卡片转过一个角度,此时卡片受到的两个拉力不在同一条直线上,松手后卡片不能平衡,设计此实验步骤的目的是探究不在同一直线上的两个力是否能平衡。
当卡片重新恢复到静止状态,这时卡片两边的拉力等于两边悬挂物体的重力,大小相等。
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