第05讲二力平衡2021-2022学年八年级下册物理(人教版)

第05讲二力平衡
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知识导入
我们知道要改变物体的运动状态就必须有力作用在物体上，那么是不是有力作用在物体上，物体的运动状态就一定改变呢？
飞机受到外力的作用却能保持匀速直线运动，为什么？
下面我们就学习有关力的平衡知识。

知识精讲
考点1：平衡力和平衡状态
1．平衡状态：物体处于静止状态或匀速直线运动状态都叫做平衡状态。

2．平衡力：物体在受到几个力的作用时，如果保持静止或匀速直线运动状态，我们就说这几个力平衡。

注：平衡力至少是两个或两个以上的力，一个力不可能是平衡力。

3．一个物体同时受到两个力作用，如果物体保持静止或匀速直线运动状态，那么这两个力就彼此平衡，我们称之为二力平衡。

思考与交流
思考1：现实生活中物体受到外力时，也能保持静止状态或匀速直线运动状态，这与牛顿第一定律矛盾吗？
【典例分析】
【例1】下列运动的物体中，受力平衡的是()
A．自由下落的苹果B．加速上升的火箭
C．沿斜面匀速下滑的木块D．减速行驶的机车
【答案】C
【解析】自由下落的苹果做的是加速运动，加速上升的火箭的速度大小也在不断增大，减速行驶的机车的
速度大小在不断减小。

这三个物体的运动状态在发生变化，它们的运动状态属于非平衡状态，即这三个物体受力不平衡。

方法技巧
判断物体受力是否平衡，受力物体如果处于平衡状态，那么这个物体受平衡力作用。

根据物体所处的状态来判断物体所受的力是否平衡，是判断平衡力的一种方法。

考点2：二力平衡条件
1．二力平衡条件：作用在同一物体上的两个力，如果大小相等、方向相反，并且在同一条直线上，这两个力就彼此平衡。

2．二力平衡条件的实验探究注意问题：
（1）所用的两个托盘要相同。

（2）应选择较光滑的桌面和质量较小的小车，这样可以减小阻力对实验的影响。

3．区分平衡力与相互作用的力
（1）相同点：大小相等、方向相反、作用在同一条直线上
（2）不同点：平衡力受力物体是同一物体；相互作用的力受力物体是两个物体
【典例分析】
【例2】一小闹钟静止在水平桌面上，则()
A．闹钟受到的重力和桌面对闹钟的支持力是一对平衡力
B．闹钟受到的重力和闹钟对桌面的压力是一对平衡力
C．闹钟受到的支持力和闹钟对桌面的压力是一对平衡力
D．桌面受到的重力和闹钟对桌面的压力是一对平衡力
【答案】A
【解析】闹钟受到重力的受力物体是闹钟，桌面对闹钟支持力的受力物体是闹钟，闹钟对桌面压力的受力物体是桌面，桌面受到重力的受力物体是桌面。

其中属于一对平衡力是闹钟受到的重力和桌面对闹钟的支持力，而桌面对闹钟的支持力和闹钟对桌面的压力则属于一对相互作用的力。

【例3】如图甲所示是小华同学探究二力的平衡条件时的实验情景。

（1）小华将系于小卡片(忽略其重力)两对角的细线分别跨过左右支架上的滑轮，在线的两端挂上钩码，使作用在小卡片上的两个拉力_________________，并通过调整________来改变拉力的大小。

（2）当小卡片平衡时，小华将小卡片转过一个角度，松手后小卡片_______(填“能”或“不能”)平衡。

设计此实验步骤的目的是为了探究___________________________________。

（3）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图甲所示的情况下，小华下一步的操作是_____________________________________。

在探究同一问题时，小明将木块放在水平桌面上，设计了如图乙所示的实验，同学们认为小华的实验优于小明的实验，其主要原因是_____。

A.减少摩擦力对实验的影响
B.小卡片是比较容易获取的材料
C.容易让小卡片在水平方向上保持平衡
D.小卡片容易扭转
【答案】（1）方向相反；钩码的数量
（2）不能；不在同一直线上两个力是否平衡
（3）用剪刀将小纸片一剪为二；A
【解析】
（1）钩码由于重力的作用，会对小卡片施加一个拉力的作用，左端的钩码对小卡片施加一个向左的拉力，右端的钩码对小卡片施加了一个向右的拉力，作用在小卡片上的两个拉力方向相反；拉力的大小等于钩码的重力，通过调整钩码的数目来改变拉力的大小；
（2）小卡片转过一个角度，小卡片上受到的两个拉力就不在一条直线上，是验证不在同一直线上两个力是否平衡，当然不能平衡；
（3）探究二力平衡时，验证两个力需要作用在同一个物体上，可以把小卡片分成两半变成两个物体；木块放在水平桌面上，木块和桌面之间存在摩擦力，实验要考虑摩擦力，使实验比较复杂，用小华的实验可以有效的减少摩擦力对实验的影响，故选A。

故答案为：（1）方向相反；钩码的数量；（2）不能；不在同一直线上两个力是否平衡；（3）用剪刀将小
纸片一剪为二；A。

针对训练
判断二力是否属于平衡力有两种方法：一是状态分析法，二是条件判断法。

条件判断法，即看二力是否满足二力平衡的四个条件，来判断这两个力是否是一对平衡力。

考点3：二力平衡条件的应用
1．确定力的大小和方向
2．根据物体的受力情况判断物体的运动状态。

3．根据物体的运动状态判断物体的受力情况
【典例分析】
【例4】如图所示，升降电梯以1 m/s的速度匀速上升时，升降电梯对人的支持力为500 N。

下列说法正确的是()
A．升降电梯静止在十楼时对人的支持力小于500 N
B．升降电梯以1.5 m/s的速度匀速上升时对人的支持力大于500 N
C．升降电梯以2 m/s的速度匀速下降时对人的支持力等于500 N
D．升降电梯以1 m/s的速度匀速下降时对人的支持力小于500 N
【答案】C
【解析】人受到升降电梯对人的支持力和自身重力作用，而选项A、B、C、D中人均处于平衡状态，所以这两个力是一对平衡力，即支持力大小和重力大小相等，都是500 N。

方法技巧
物体保持静止状态或匀速直线运动状态，一定受平衡力的作用；物体处于二力平衡状态，则可以根据其中一个力的大小和方向确定另外一个力的大小和方向。

提分作业
一．选择题（共10小题）
1．在如图所示的情况中，满足二力平衡条件的是（）
A．B．C．D．
【解答】解：A、两个力作用在同一直线上、大小相等、方向相反、作用在同一物体上，是一对平衡力；
B、两个力不在同一直线上，不是平衡力；
C、两个力的大小不相等，不是平衡力；
D、两个力不在同一物体上，不是平衡力。

故选：A。

2．手握油瓶，油瓶不从手中滑落。

下列分析和解答中正确的是（）
A．手对瓶的压力和重力平衡
B．手对瓶的摩擦力和瓶子重力平衡
C．瓶子重力小于手对瓶的摩擦力
D．手对瓶子的压力大于瓶的重力
【解答】解：油瓶不滑落，表明油瓶处于静止状态，说明油瓶受的是一对平衡力。

由题意知：油瓶一共受到三个力的作用：重力、手和瓶之间的摩擦力、手对瓶的握力。

重力的方向总是竖直向下，根据二力平衡条件可知，与重力平衡的是摩擦力，因为摩擦力的方向与油瓶相对向下的趋势方向相反，而握力的方向与重力方向是垂直的，且不在一条直线上。

所以手和瓶之间的摩擦力与重力是一对平衡力，则摩擦力等于瓶的重力。

故只有选项B的说法正确，符合题意。

故选：B。

3．下列运动的物体中，受力平衡的是（）
A．自由下落的苹果B．加速上升的飞机
C．匀速上坡的汽车D．起跳的跳高运动员
【解答】解：A、自由下落的苹果，只受重力作用，下落速度会逐渐加快，所以受力不平衡，故A错误；
B、加速上升的飞机，速度逐渐变快，不属于平衡状态，所以受力不平衡，故B错误；
C、匀速上坡的汽车，速度和运动方向不变，处于平衡状态，所以受力平衡，故C正确；
D、起跳的跳高运动员速度和运动方向不断发生改变，不是平衡状态，所以受力不平衡，故D错误。

故选：C。

4．下列物体中，受到平衡力的是（）
A．从手中飞出的纸飞机B．做圆周运动的链球
C．在手中静止的瓶子D．减速运动的车子
【解答】解：A、从手中飞出的纸飞机，其运动方向和速度不断改变，故不是平衡状态，受到的不是平衡力，故A错误；
B、做圆周运动的链球，其运动方向和速度不断改变，故不是平衡状态，受到的不是平衡力，故B错误；
C、在手中静止的瓶子，处于平衡状态，因此瓶子受到平衡力的作用。

故C正确；
D、减速运动的车子，其速度越来越慢，处于非平衡状态，因此受非平衡力作用，故D错误。

故选：C。

5．电动独轮车是新一代的节能、环保、便携的代步工具，短途代步非常方便，一个质量为50kg的人驾驶该车，在水平地面上匀速行驶，下列说法正确的是（）
A．人受到的重力与独轮车对人的支持力是一对平衡力
B．独轮车对地面的压力与地面对独轮车的支持力是一对平衡力
C．人对独轮车的压力与独轮车对人的支持力是一对于平衡力
D．独轮车的重力与地面对独轮车的支持力是一对平衡力
【解答】解：A、人受到的重力与独轮车对人的支持力，两个力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上，作用在同一个物体上，是一对平衡力，故A正确；
B、独轮车对地面的压力作用在地面上，地面对独轮车的支持力作用在独轮车上，两个力不在同一物体
上，不是一对平衡力，故B错误；
C、人对独轮车的压力作用在独轮车上，独轮车对人的支持力作用在人上，两个力不在同一物体上，不
是一对平衡力，故C错误；
D、地面对独轮车的支持力大小等于独轮车和人的重力之和，大于独轮车的重力，两个力大小不相等，
不是一对平衡力，故D错误。

故选：A。

6．近日，一段男司机倒车入库多次失败之后，竟然下车采用手推汽车入库的视频火遍了网络，男司机尝试推车的结果是小轿车纹丝不动，如图，下列说法正确的是（）
A．小轿车没有运动起来，此时汽车所受推力小于地面对汽车的摩擦力
B．假设图中汽车受到的作用力突然全部消失，则汽车将静止在原地
C．地面对汽车的支持力和汽车对地面的压力是一对平衡力
D．汽车受到的重力和地面对汽车的支持力是一对相互作用力
【解答】解：
A、用力推汽车，汽车未动，处于平衡状态，在水平方向上受到的推力和摩擦力是一对平衡力，大小相
等，故A错误；
B、图中汽车处于静止状态，假如受到的作用力突然全部消失，由牛顿第一定律可知，汽车将静止在原
地，故B正确；
C、地面对汽车的支持力和汽车对地面的压力是作用在不同物体上的两个力，所以不是一对平衡力，故C
错误；
D、汽车所受的重力和地面对汽车的支持力，是作用在同一物体上的两个力，所以不是一对相互作用力，
故D错误。

故选：B。

7．两个力的三要素完全相同，这两个力（）
A．一定不是一对平衡力B．可能是一对平衡力
C．可能是一对相互作用力D．以上说法都不正确
【解答】解：
一个物体同时受到两个力的作用，若这两个力的三要素完全相同，说明了这两个力的方向也相同，而相互作用力的条件是方向相反、作用在两个物体上，由此可知这两个力一定不是相互作用力；
两个力的三要素完全相同，说明了这两个力的方向也相同。

而平衡力的方向是相反的，由此可知这两个力一定不是平衡力；故A正确。

故选：A。

8．小美同学穿上旱冰鞋站在水平地面上，向右用力推墙，会被墙向左推开。

下列说法中不正确的是（）A．人先对墙施加了推力，然后墙再对人施加推力
B．人对墙的推力的大小等于墙对人的推力的大小
C．人对墙的推力与墙对人的推力是一对相互作用力
D．人受到的重力与地面对人的支持力是一对平衡力
【解答】解：
A、墙对人的推力与人对墙的推力是一对相互作用力，同时产生，同时消失，故A错误；
B、墙对人的推力与人对墙的推力是一对相互作用力，其大小相等，故B正确；
C、墙对人的推力与人对墙的推力其大小相等、方向相反、作用在两个物体上、作用在同一条直线上，
是一对相互作用力，故C正确；
D、人在竖直方向上受到的重力与地面对人的支持力符合二力平衡的四个条件，是一对平衡力，故D正
确。

故选：A。

9．如图是研究“二力平衡的条件”的装置，针对此实验装置实验内容的说法中，正确的是（）A．研究对象选用铁片比纸片好
B．研究对象所受拉力的大小，能通过所挂钩码个数进行比较
C．小卡片旋转一定角度，然后再松手，目的是探究平衡两个力方向是否相反
D．实验时，研究对象做匀速直线运动比静止状态研究更方便
【解答】解：
A、纸片重力很小，实验中选择纸片，主要为了不考虑纸片的重力，铁片重力较大，不能选择铁片，故A
错误；
B、探究两个力大小关系时，可以通过改变细线下面所挂码的个数改变二力的大小，故B正确；
C、小卡片旋转一定角度，然后再松手，目的是探究平衡两个力是否在同一直线上，故C错误；
D、为了实验的方便，实验时主要观察研究对象是否处于静止状态，而不是“匀速直线运动”，故D错误。

故选：B。

10．在探究“二力平衡的条件”实验中，小明同学采用的实验装置如图甲所示，小红同学采用的实验装置如图乙所示。

下列有关说法中正确的是（）
A．图甲实验效果不明显，应换用质量较大的木块
B．图甲左、右两盘分别加入质量不等的砝码时，木块静止，处于平衡状态
C．图乙用小车更科学，因为小车受力面积小，摩擦力小一些
D．图乙通过旋转小车，松手后观察小车是否静止，探究在同一条直线上的两个力是否平衡
【解答】解：A、为使实验效果明显，应换用质量较小的木块，减小压力来减小摩擦力，故A错误；
B、当图甲左、右两盘分别加入质量不等的砝码时，两盘的砝码质量虽然不相等（即两侧的拉力不相等），
但由于木块和桌面间存在摩擦力，木块仍可能处于静止状态，故B正确；
C、在探究“二力平衡的条件”实验中，为了减小摩擦力对实验造成影响，用小车代替木块可以用滚动摩擦
来代替滑动摩擦来减小摩擦力，故C错误；
D、通过旋转小车、松手后观察小车是否平衡，探究不在同一条直线上的两个力是否平衡，故D错误。

故选：B。

二．填空题（共3小题）
11．一架直升机的质量为2t，它悬停在空中时只受到重力和升力的作用，则所受升力的大小为N，方向是。

当它匀速直线上升和匀速直线降落时，升力是（选填“变大”、“变小”或“不变”）的。

（g＝10N/kg）
【解答】解：
（1）悬停在空中的直升机，受到竖直向下的重力G＝mg＝2×103kg×10N/kg＝2×104N，受竖直向上的升力F作用，飞机处于平衡状态，由平衡条件得：升力F＝G＝2×104N；
（2）匀速直线上升和匀速直线降落时，直升机受到升力和重力作用，这两个力是平衡力，大小相等，直升机的重力不变，升力不变。

故答案为：2×104；竖直向上的；不变。

12．如图所示，用弹簧测力计测一物体所受重力，则被测物体的重力为N，重力的方向是的；
若改在匀速上升的电梯中进行测量，则弹簧测力计的示数（选填“变大”“变小”或“不变”）。

【解答】解：由图知，弹簧测力计的分度值为0.2N，所以物体的重力G＝F＝3.2N；重力是由于地球吸引而受到的力，所以重力的方向是竖直向下的；
若改在匀速上升的电梯中进行测量，重物受到竖直向下的重力和弹簧测力计的拉力，这两个力是一对平衡力，所以弹簧测力计的示数等于物体的重力，故弹簧测力计示数不变。

故答案为：3.2；竖直向下；不变。

13．起重机吊起10000N的货物，如图所示，以0.8m/s的速度匀速上升时，钢丝对货物的拉力为N，
若以0.5m/s的速度匀速下降，钢丝对货物的拉力10000N（选填“大于”、“小于”或“等于”）。

【解答】无论货物静止还是以不同的速度沿竖直方向做匀速直线运动，货物都处于平衡状态，所受拉力和重力始终是一对平衡力，大小相等，故以0.8m/s的速度匀速上升时，钢丝对货物的拉力为10000N，若以0.5m/s的速度匀速下降，钢丝对货物的拉力等于10000N。

故答案为：10000；等于。

三．实验探究题（共1小题）
14．在探究二力平衡的条件实验中，小明进行下列实验步骤：
（1）小明将系于小卡片两对角的线分别跨过左右支架上的滑轮，在线的两端挂上钩码，使作用在小卡片上的两个拉力方向相反，且在一条直线上。

当卡片平衡时，从钩码质量看，卡片两边所受的拉力。

（2）当小卡片平衡时，小明将小卡片转过一个角度，松手后小卡片（选填“能”或“不能”）平衡。

设计此实验步骤的目的是探究。

（3）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，在图中所示情况下，小明下一步的操作是。

（4）实验中在选择卡片时，需选用较轻的卡片的目的是。

【解答】解：（1）由图知，两边所挂钩码质量相同，所以两边钩码对卡片的拉力相等；
（2）当小卡片平衡时，小明将小卡片转过一个角度，松手后小卡片会转动，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能否平衡；
（3）为了验证只有作用在同一物体上的两个力才能平衡，可将卡片从中间剪开，使两个力作用在两个物体上；
（4）实验中在选择卡片时，需选用较轻的卡片，这样可以忽略卡片重力对实验的影响。

故答案为：（1）相等；（2）不能；不在同一直线上的两个力能否平衡；（3）将卡片从中间剪开；（4）忽略卡片重力对实验的影响。

15．小明为了探究“运动和力的关系”，设计了如图所示的斜面实验．
（1）为了使小车在滑到水平面时的初速度相同，在实验中小明让小车从同一斜面的同一高度由静止开始滑下，小明采用的研究问题的方法是_________________．
（2）从甲、乙、丙三次实验小车所停位置情况看，________图中小车所受阻力最大．
（3）小明从实验推理可知，若水平面绝对光滑，则运动的小车会在水平面上做______________运动．（4）此后，小明又用小车探究二力平衡条件．如图所示，实验中每个钩码重力相同.
①如图甲装置，相对于木块来说，用小车进行探究的好处是可以_____________________的影响．
②将小车旋转一个角度，再放手，可以探究出两个力F1和F2必须满足______________．
③如图乙所示，左边挂1个钩码，右边挂2个钩码，松手后，发现小车_________平衡（选填“能”或“不能”），说明二力平衡的条件中，两个力F3和F4必须满足______________．
【答案】（1）控制变量法；
（2）甲；
（3）匀速直线；
（4）①减小摩擦；②同一直线；③不能；大小相等
【解析】（1）当小车从斜面的同一高度由静止开始滑下时，其重力势能相等，到达水平面时的动能相等，速度相同；
（2）从影响摩擦力的因素考虑；
（3）当水平面是光滑的，小车不受摩擦力作用，小车的运动状态将不会改变，小车进行匀速直线运动，据此推出牛顿第一定律。

（4）①在研究二力平衡时，尽可能排除其它力的干扰；②③根据二力平衡条件进行解答。

【解答】
（1）让小车每次从斜面的同一高度由静止开始滑下，这样做是为了使小车到达到达平面时初速度相同，即
采用了控制变量法；
（2）甲图的表面最粗糙，所以甲中小车所受阻力最大；
（3）若水平面绝对光滑，小车在水平方向上不受力的作用，小车的运动状态将不发生改变，小车将保持原来的速度进行匀速直线运动；
（4）①在研究二力平衡时，尽可能排除其它力的干扰，所以用小车的好处是可以利用滚动代替滑动减小摩擦力对实验探究的影响；
②将小车旋转一个角度，再放手，可以探究出两个力F1和F2必须满足两个力必须在同一直线上；
③左边挂1个钩码，右边挂2个钩码，松手后，发现小车不平衡，说明这两个力必须大小相等。

故答案为：（1）控制变量法；（2）甲；（3）匀速直线；（4）①减小摩擦；②同一直线；③不能；大小相等。

四．计算题（共1小题）
16．一辆小车的总质量为600kg，在水平路面上运动的过程中，受到的阻力是车重0.03倍，问：（g＝10N/kg）（1）小车静止时，用100N的水平拉力拉小车，小车受到的阻力为多大？
（2）当水平拉力为多大时，小车恰能做匀速直线运动？
【解答】解：（1）当小车静止时，小车在水平方向上受到的阻力与拉力大小相同，是一对平衡力，故阻力的大小为100N；
（2）由此题知，在水平路面上运动的过程中，受到的阻力是车重的0.03倍，故当小车恰能做匀速直线运动时，小车受到的拉力：
F＝f＝0.03G＝0.03mg＝0.03×600kg×10N/kg＝180N。

答：（1）小车静止时，用100N水平拉力拉小车，小车受到的阻力为100N；
（2）当水平拉力为180N时，小车恰能做匀速直线运动。