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第九章 力與運動
9.1二力平衡
1.力的平衡定義：①物體在受到幾個力作用時，如果能保持靜止狀態或勻速直線運動狀態，我們就說這幾個力平衡。
②靜止狀態或勻速直線運動狀態可稱為平衡狀態。
③當物體受到兩個力的作用而處于平衡狀態時稱為二力平衡。相互平衡的兩個力的合力為零。
2. 二力平衡條件：二個力作用在同一物體上、大小相等、方向相反、并且在同一條直線上。（用力的三要素去記！）
3.平衡力與相互作用力比較：
相同點：①大小相等；②方向相反；③作用在一條直線上。
不同點：平衡力作用在一個物體上可以是不同性質的力；相互力作用在不同物體上是相同性質的力。
4.實驗：探究二力平衡的條件
（1）實驗目的：探究二力平衡的條件
（2）實驗設計及改進過程：
甲乙丙丁
改進過程：
方案甲→方案乙：減小摩擦力對實驗的影響。
方案乙→方案丙：消除摩擦力對實驗的影響。
方案丙→方案丁：減小受力物體重力對實驗的影響
最終選擇丁方案進行實驗。
（3）實驗器材：彈簧測力計，定滑輪，小卡片，質量相同的鉤碼，細繩（如圖丁）
（4）實驗步驟：
①驗證平衡力大小相等：將系在小卡片(重力可忽略不計)兩對角上的細線分別跨過左右支架上的滑輪，并在細線的兩端掛上相等重力的鉤碼，小卡片保持靜止；
②驗證平衡力方向相反：使作用在小卡片上的兩個拉力方向相反，卡片保持靜止，使作用在小卡片上的兩個拉力相同，卡片不能保持靜止；
③驗證平衡力作用在同一條直線上：當小卡片平衡時，將小卡片轉過一個角度，松手后小卡片不能平衡；
④驗證平衡力作用在同一物體上：將小卡片從中間剪開，鉤碼向兩側滑落。
（5）實驗結論：相互平衡的兩個力作用在同一物體上、大小相等、方向相反、并且在同一條直線上。
典型例題
類型一 探究二力平衡條件的實驗
例1如圖甲是小華同學“探究二力平衡條件”時的實驗情景。
（1）小華將小卡片（重力可忽略不計）兩邊的線分別繞過左右支架上的滑輪，在線的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個拉力方向相反，并通過調整_______來改變拉力的大小；
（2）小華將卡片扭轉一定角度，如圖乙所示。松手后發現卡片又恢復圖甲原狀。這說明兩個力必須作用在_______，物體才能平衡；
（3）為了驗證只有作用在同一物體上的兩個力才能平衡，在圖甲所示情況下，小華下一步操作是______；
（4）小剛用如圖丙所示的裝置進行“探究二力平衡條件”，將木塊放在水平桌面上。同學們認為小華的實驗優于小剛的實驗，其主要原因是_______。
A．減少了摩擦力對實驗結果的影響
B．小卡片是比較容易獲取的材料
C．容易讓小卡片在水平方向上保持平衡
D．小卡片容易扭轉
（5）為了驗證小華的結論，小剛同學將卡片往上拉到一定距離，如圖丁所示。松手后發現卡片又恢復圖甲原狀，小剛的方法_______（選填“能”或“不能”）得到（2）中結論。
類型二 判斷是否為平衡力
例2如圖，小華做家務勞動時，用平行于水平地面的力推桌子，但桌子沒有被排動。下列敘述中的兩個力屬于一對平衡力的是（ ）
A．人對桌子的推力與桌子對人的推力
B．桌子受到的重力與桌子對地面的壓力
C．桌子受到的重力與地面對桌子的支持力
D．桌子對人的推力與地面對桌子的摩擦力
例32022年4月16日上午，神舟十三號載人飛船平安返回地面，返回艙直立落地，如下圖所示，堪稱完美。下列說法正確的是（ ）
A．返回艙所受的重力與地面對返回艙的支持力是一對平衡力
B．返回艙所受的重力與返回艙對地面的壓力是一對平衡力
C．返回艙對地面的壓力與地面對返回艙支持力是一對平衡力
D．返回艙對地面的壓力與空氣對返回艙的浮力是一對平衡力
例4如圖所示，是運動員舉著杠鈴保持靜止的情景。下面所述的兩個力是一對平衡力的是（ ）
A．運動員受到的重力和地面對他的支持力
B．杠鈴受到的重力和運動員對它的支持力
C．杠鈴受到的重力和它對運動員的壓力
D．運動員受到的重力和他對地面的壓力
類型三 對平衡狀態的理解
例5如下圖所示，下列物體能處于平衡狀態的是（ ）
A． B． C． D．
例6下列情景中，處于平衡狀態的是（ ）
A．繞地勻速運動的衛星 B．勻速下降的運動員C．下落的蘋果 D．加速奔跑的獵豹
例7 在下列事例中，處于平衡狀態的是（ ）
A．彎道行駛的汽車 B．蕩到最高點的秋千 C．勻速上行電梯上的人 D．加速升空的火箭
類型四辨別相互作用力和平衡力
例82022年北京冬奧會的吉祥物冰墩墩深受大家喜愛，網友都直呼一墩難求。如圖所示，是放在水平桌面上靜止的冰墩墩，下列說法正確的是（ ）
A．冰墩墩受到的重力和冰墩墩對桌面的壓力是一對相互作用力
B．冰墩墩受到的重力和桌面對冰墩墩的支持力是一對相互作用力
C．冰墩墩對桌面的壓力和桌面對冰墩墩的支持力是一對平衡力
D．冰墩墩受到的重力和桌面對冰墩墩的支持力是一對平衡力
典型例題
類型一 探究二力平衡條件的實驗
例1如圖甲是小華同學“探究二力平衡條件”時的實驗情景。
（1）小華將小卡片（重力可忽略不計）兩邊的線分別繞過左右支架上的滑輪，在線的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個拉力方向相反，并通過調整_______來改變拉力的大小；
（2）小華將卡片扭轉一定角度，如圖乙所示。松手后發現卡片又恢復圖甲原狀。這說明兩個力必須作用在_______，物體才能平衡；
（3）為了驗證只有作用在同一物體上的兩個力才能平衡，在圖甲所示情況下，小華下一步操作是______；
（4）小剛用如圖丙所示的裝置進行“探究二力平衡條件”，將木塊放在水平桌面上。同學們認為小華的實驗優于小剛的實驗，其主要原因是_______。
A．減少了摩擦力對實驗結果的影響
B．小卡片是比較容易獲取的材料
C．容易讓小卡片在水平方向上保持平衡
D．小卡片容易扭轉
（5）為了驗證小華的結論，小剛同學將卡片往上拉到一定距離，如圖丁所示。松手后發現卡片又恢復圖甲原狀，小剛的方法_______（選填“能”或“不能”）得到（2）中結論。
【答案】鉤碼的數量同一直線上將卡片沿中間剪開，看卡片能否平衡 A 不能
【詳解】
（1）[1]實驗中，保持兩個拉力在同一直線上，調整細線兩端的鉤碼數量來改變拉力的大小。
（2）[2]小卡片轉過一個角度，小卡片兩端的拉力就不在一條直線上，松手后發現卡片不能保持平衡狀態，這說明兩個力必須作用在同一直線上，物體才能平衡。
（3）[3]為了驗證只有作用在同一物體上的兩個力才能平衡，需要將卡片沿中間剪開，看卡片能否平衡。
（4）[4]小華實驗用的小卡片重力小，懸在空中不受摩擦力影響；小剛實驗用的木塊放在水平桌面上，木塊和桌面之間存在摩擦力，摩擦力是不能消除的，實驗要受到摩擦力影響，所以還是小華的實驗方案好，故A符合題意，BCD不符合題意。
故選A。
（5）[5]如圖丁，將卡片位置改變后，此時兩個力雖然不在同一條直線上，但同時兩個力的方向也不是相反的，不符合控制變量法的要求，所以小剛的方法不能得到結論。
類型二 判斷是否為平衡力
例2如圖，小華做家務勞動時，用平行于水平地面的力推桌子，但桌子沒有被排動。下列敘述中的兩個力屬于一對平衡力的是（ ）
A．人對桌子的推力與桌子對人的推力
B．桌子受到的重力與桌子對地面的壓力
C．桌子受到的重力與地面對桌子的支持力
D．桌子對人的推力與地面對桌子的摩擦力
【答案】C
【詳解】
A．人對桌子的推力作用在桌子上，施力物是人，桌子對人的推力作用在人身上，施力物是桌子，所以這兩個力是一對相互作用力，而不是一對平衡力，故A不符合題意；
B．桌子受到的重力作用在桌子上，桌子對地面的壓力作用在地面上，兩個力不是作用在同一物體上，不是一對平衡力，故B不符合題意；
C．桌子受到的重力作用在桌子上，方向豎直向下，地面對桌子的支持力作用在桌子上，方向豎直向上，桌子處于靜止狀態，所以豎直方向上的兩個力是一對平衡力，故C符合題意；
D．桌子對人的推力作用在人身上，地面對桌子的摩擦力作用在桌子上，兩個力不是作用在同一物體上，不是一對平衡力，故D不符合題意。
故選C。
例3 2022年4月16日上午，神舟十三號載人飛船平安返回地面，返回艙直立落地，如下圖所示，堪稱完美。下列說法正確的是（）
A．返回艙所受的重力與地面對返回艙的支持力是一對平衡力
B．返回艙所受的重力與返回艙對地面的壓力是一對平衡力
C．返回艙對地面的壓力與地面對返回艙支持力是一對平衡力
D．返回艙對地面的壓力與空氣對返回艙的浮力是一對平衡力
【答案】A
【詳解】
A．一對平衡力要同時滿足4個條件：兩個力要作用在同一個物體上、大小相等、方向相反、在同一條直線上；返回艙所受的重力和地面對返回艙的支持力，滿足一對平衡力的4個條件，故A正確；
B．返回艙所受的重力的受力物體是返回艙，返回艙對地面的壓力的受力物體是地面，兩個力不是作用在同一個物體上，故B錯誤；
C．返回艙對地面的壓力與地面對返回艙的支持力是一對相互作用力，兩個力分別作用在不同的物體上，故C錯誤；
D．返回艙對地面的壓力的受力物體是地面，空氣對返回艙的浮力的受力物體是返回艙，兩個力分別作用在不同的物體上，故D錯誤。
故選A。
例4如圖所示，是運動員舉著杠鈴保持靜止的情景。下面所述的兩個力是一對平衡力的是（）
A．運動員受到的重力和地面對他的支持力
B．杠鈴受到的重力和運動員對它的支持力
C．杠鈴受到的重力和它對運動員的壓力
D．運動員受到的重力和他對地面的壓力
【答案】B
【詳解】
A．運動員舉著杠鈴保持靜止，運動員受到重力、杠鈴對運動員的壓力以及地面對運動員的支持力的作用，所以運動員受到的重力和地面對運動員的支持力大小并不相等，即不是一對平衡力，故A錯誤；
B．杠鈴受到的重力和運動員對它的支持力，大小相等、方向相反、作用在一條直線上、作用在同一個物體上，是一對平衡力，故B正確；
C．杠鈴受到的重力，受力物體是杠鈴，它對運動員的壓力，受力物體是運動員，兩個力的受力物體不同，所以不是一對平衡力，故C錯誤；
D．運動員受到的重力，受力物體是運動員，運動員對地面的壓力，受力物體是地面，兩個力的受力物體不同，所以不是一對平衡力，故D錯誤。
故選B。
類型三對平衡狀態的理解
例5如下圖所示，下列物體能處于平衡狀態的是（ ）
A． B． C． D．
【答案】B
【詳解】
A．由圖知，二力不在同一直線上，不是一對平衡力，物體不能處于平衡狀態，故A不符合題意；
B．由圖知，這兩個力符合平衡力的條件，大小相等，方向相反，作用在一條直線上，作用在同一個物體上，因此是一對平衡力，物體能處于平衡狀態，故B符合題意；
C．由圖知，二力作用在兩個物體上，不是一對平衡力，物體不能處于平衡狀態，故C不符合題意；
D．由圖知，二力的大小不相等，則二力不是一對平衡力，物體不能處于平衡狀態，故D不符合題意。
故選B。
例6下列情景中，處于平衡狀態的是（ ）
A．繞地勻速運動的衛星 B．勻速下降的運動員 C．下落的蘋果 D．加速奔跑的獵豹
【答案】B
【詳解】
物體受到平衡力作用時能保持平衡狀態，即靜止狀態或勻速直線運動狀態。
A．繞地勻速運動的衛星，運動方向不斷發生變化，處于非平衡狀態，故A不符合題意；
B．勻速下降的熱氣球，處于平衡狀態，故B符合題意；
C．下落的蘋果，速度的大小時刻變化，處于非平衡狀態，故C不符合題意；
D．加速奔跑的獵豹，速度的大小時刻變化，處于非平衡狀態，故D不符合題意。
故選B。
例7 在下列事例中，處于平衡狀態的是（）
A．彎道行駛的汽車 B．蕩到最高點的秋千 C．勻速上行電梯上的人 D．加速升空的火箭
【答案】C
【詳解】
A．彎道行駛的汽車其運動方向時刻在變，運動狀態發生改變，處于非平衡狀態，故A不符合題意；
B．蕩到最高點的秋千時瞬時靜止，但始終受到豎直向下重力的作用，即受力不平衡，處于非平衡狀態，故B不符合題意；
C．豎直勻速上行的電梯運動狀態不變，處于平衡狀態，故C符合題意；
D．加速升空的火箭其速度越來越大，運動狀態發生改變，處于非平衡狀態，故D不符合題意。
故選C。
類型四辨別相互作用力和平衡力
例82022年北京冬奧會的吉祥物冰墩墩深受大家喜愛，網友都直呼一墩難求。如圖所示，是放在水平桌面上靜止的冰墩墩，下列說法正確的是（ ）
A．冰墩墩受到的重力和冰墩墩對桌面的壓力是一對相互作用力
B．冰墩墩受到的重力和桌面對冰墩墩的支持力是一對相互作用力
C．冰墩墩對桌面的壓力和桌面對冰墩墩的支持力是一對平衡力
D．冰墩墩受到的重力和桌面對冰墩墩的支持力是一對平衡力
【答案】D
【詳解】
A．冰墩墩受到的重力豎直向下，冰墩墩對桌面的壓力也豎直向下，而且它們不是同種性質的力，故不是相互作用力，故A錯誤；
BD．冰墩墩受到的重力和桌面對冰墩墩的支持力都作用在冰墩墩上，且大小相等、方向相反，在同一直線上，因此這是一對平衡力，而一對相互作用力一定作用在兩個物體上，故B錯誤，D正確；
C．冰墩墩對桌面的壓力和桌面對冰墩墩的支持力，作用在兩個物體上，且大小相等，方向相反，在同一直線上，因此它們是一對相互作用力，不是平衡力，故C錯誤。
故選D

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