摘 要:二力平衡問題是近年來中考的熱點內容之一.二力平衡的條件可以簡化概括為:等值、反向、同體、共線.一對平衡力的作用效果:物體保持靜止狀態(tài)或向任一方向做勻速直線運動.因此,相互平衡的兩個力,不能改變物體的運動狀態(tài),但是能使物體發(fā)生形變.
關鍵詞:平衡;關系;作用點;方向;支持力
作者簡介:袁紅梅(1980-),女,湖南新化縣人,大學本科,中學物理一級教師,研究方向:物理減負高效教學.
判斷兩個力是否平衡可按照二力平衡的四個條件進行判斷,此時一定要看它是否同時滿足上述的四個條件,缺少上述四個條件中的任何一個,都不能認為屬于二力平衡狀態(tài),二力平衡的條件中,“同體”和“共線”這兩個條件往往被剛剛接觸這部分知識點的學生遺漏,在解決二力平衡問題時出現(xiàn)錯誤;也可根據物體是否處于平衡狀態(tài)來確定受到的兩個力是否平衡力.
二力平衡的條件也可以逆向應用于物體的受力情況分析.如果明確知道一物體處于二力平衡狀態(tài),只要了解了其中一個力,對另一個力的情況就可以準確描述了.比如說,一物體放在水平桌面上,它將受到重力和桌面對它的支持力,物體處于平衡狀態(tài).如果此時我們知道了物體的重力的大小,則根據二力平衡的另外三個條件“等大、反向、共線”的關系,也就知道了支持力的大小、方向及作用點了.
二力平衡現(xiàn)象中的兩個力,可以單獨存在,即一個力消失,另一個力還可以存在,比如電線豎直懸吊著燈泡處于靜止狀態(tài),此時電線對燈泡的拉力與燈泡受到的重力是一對平衡力,如果電線突然斷裂,則電線對燈泡的拉力消失,而燈泡受到的重力依然存在;兩個力的性質可以不同,比如重力與拉力,就是兩種性質不同性質的力.
1 圖像問題
例1 (2016·安徽)如圖1,一物塊放在粗糙的水平地面上,在斜向上的拉力F的作用下向右做勻速直線運動.以下說法正確的是( )
A.在水平方向上,物體受到地面的摩擦力和拉力F沿水平方向的分力
B.在水平方向上,物體受到拉力F與地面的摩擦力是一對平衡力
C.在豎直方向上,物體只受到地面的支持力和拉力F沿豎直方向的分力
D.在豎直方向上,物體受到的重力和地面的支持力是一對平衡力
解析:A、對物體在水平方向上進行受力分析可知,在水平方向上,物體受到地面的摩擦力和拉力F沿水平方向的分力作用,故A正確;
B、水平方向合力為0,即地面的摩擦力和拉力F沿水平方向的分力合力為0,所以物體受到拉力F與地面的摩擦力不是一對平衡力,故B錯誤;
C、對物體在豎直方向上的受力情況進行分析可知,在豎直方向上,物體受到重力、地面的支持力和拉力F沿豎直方向的分力三個力的作用.故C錯誤;
D、豎直方向合力為0,即重力,支持力與拉力分力的合力為0,所以物體受到的重力和地面對物體的支持力不是一對平衡力,故D錯誤.答案選A.
點撥:此題考查平衡力的辨別,涉及到拉力的分力,對于初中學生來說有點超綱,但只要對物體進行正確的受力分析,便可化難為易.
例2 (2016·聊城)如圖2所示,在水平公路上勻速行駛的太陽能汽車受到兩對平衡力的作用,請在圖2上畫出汽車受力的示意圖.
解析:以汽車為研究對象,分析受力情況:重力G、路面的支持力F支、摩擦力F阻和牽引力F牽,汽車勻速運動,重力G與路的支持力F支平衡,摩擦力F阻和牽引力F牽,畫出汽車受力的示意圖如圖:
點撥:作力的示意圖,起點或終點表示力的作用點,平衡力的長度要相等.
2 多力平衡
例3 (2016·天津)直升機沿豎直方向勻速升空時,在豎直方向上受到升力F、重力G和阻力f,下面關于這三個力的關系式正確的是( )
A.F>G+fB.F C.F=G+fD.F=G-f 解析:直升機沿豎直方向勻速升空時,處于平衡狀態(tài),所以受到的是平衡力.由題意知,直升機在豎直方向上受到升力F、重力G和阻力f,其中升力F豎直向上.重力G和阻力f都豎直向下,則三者的關系是F=G+f.答案選C. 點撥:會對直升機的受力情況進行分析,知道物體在平衡狀態(tài)時受到平衡力的作用,是解答的關鍵. 3 實際應用 例4 (2016·廣西)人沿水平方向推裝滿沙子的車,如圖4,但沒有推動,下列說法正確的是( ) A.人對車的作用力小于車對人的作用力 B.人對車的推力小于地面對車的摩擦力 C.人對車的推力與地面對車的摩擦力是一對平衡力 D.沙子受到的重力與地面對車的支持力是一對平衡力 解析:A、人對車的作用力與車對人的作用力是一對相互作用力,所以大小相等,故A錯誤; B、小車處于靜止狀態(tài),所以受力平衡,人對車的推力等于地面對車的摩擦力,故B錯誤; C、人對車的推力與地面對車的摩擦力大小相等、方向相反、作用在一條直線上、作用在同一物體上,是一對平衡力,C正確; D、沙子受到的重力與地面對車的支持力大小并不相等,所以不是一對平衡力,故D錯誤. 答案:C. 點撥:熟知一對平衡力的條件,同時知道物體處于 平衡狀態(tài)時,受平衡力的作用,可對選項中的內容逐一判斷. 4 實驗探究 例5 (2016·梧州)在探究“二力平衡的條件”的實驗中,小明采用的實驗裝置如圖5所示.(1)實驗時,小明向左盤和右盤同時加入一個質量相等的砝碼時,木塊兩邊所受的拉力相等(填“相等”或“不相等”),木塊處于靜止狀態(tài).小明再把右盤中的砝碼換成一個質量較大的砝碼時,發(fā)現(xiàn)木塊仍然處于靜止狀態(tài),出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是,于是他把木塊換成小車,并選擇較(填“光滑”或“粗糙”)的實驗桌面,繼續(xù)完成實驗.(2)在左右兩盤放入質量相等的砝碼,再將小車放在水平面上,然后,松手后,觀察小車運動狀態(tài),這樣做的目的是為了探究不在同一直線上的兩個力是否能平衡. 解析:(1)由于左盤和右盤中砝碼的質量相等,故木塊兩邊所受的拉力相等;小明再把右盤中的砝碼換成一個較重的砝碼時,發(fā)現(xiàn)木塊仍是靜止狀態(tài),所以木塊還受平衡力的作用;此時木塊有向右運動的趨勢,桌面對木塊有向左的摩擦力,向左的拉力、向左的摩擦力與向右的拉力這三個力平衡;為減小摩擦力對實驗的影響,當把木塊換成小車,應選擇較光滑的實驗桌面,繼續(xù)完成實驗 (2)用手將小車扭轉一個角度,兩個力不在同一直線上,已知兩個力的大小相等,方向相反,所以可以探究二力平衡時,兩個力必須滿足在同一直線上的條件. 答案:(1)相等;桌面與木塊有摩擦力;光滑;(2)扭轉一個角度; 點撥:本題探究二力平衡的條件,明確用控制變量法研究問題,要清楚實驗過程中的每個細節(jié)的目的,可根據二力平衡條件分析解答本題. 參考文獻: [1]華慶富.2016年中考物理熱點新聞延伸題[J].中學物理(初中版),2016(10):95-96. [2]王多權.功率估測問題思路梳理[J].數理化學習(初中版),2016(3):49.