二力平衡典型例题精析

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  二力平衡的知识是初中物理力学部分的一个重点,也是一个难点.要想深入理解二力平衡的意义,并能熟练自如地应用,首先需要透彻理解二力平衡的条件和二力平衡和相互作用力的区别,通过典型例题的分析加强对二力平衡的理解.
  二力平衡的条件是:作用在一个物体上的两个力,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.简单概括八个字:同体,等值,反向,共线.
  一对平衡力一定作用在同一物体上,而一对相互作用力一定分别作用在不同物体上;一对相互作用力一定是同时产生,同时消失的,而一对平衡力则不一定是同时产生,同时消失的.
  例1如果图中的各力大小相等,那么,哪一个图中的两个力是一对平衡力()
  分析根据二力平衡的条件可知,作用在同一物体上的两个力如果是一对平衡力,他们的大小应该相等,方向应该相反,并且在同一直线上,A图中的两个力没有作用在同一物体上,因此不是一对平衡力;B图中的两个力没有作用在同一直线上,也不是一对平衡力;C图中的两个力满足二力平衡条件,是一对平衡力;D图中的两个力方向不相反,因此不是一对平衡力.因此选项C正确.
  例2 重为1×104牛的汽车在水平路面上做匀速直线运动,它所受的阻力是车重的0.05倍,则汽车受到的牵引力是多大?
  分析汽车在水平路面上做匀速直线运动,它的运动状态没有发生变化,因此,汽车在水平方向所受的牵引力和阻力是一对平衡力,这两个力大小相等,即牵引力的大小就等于阻力的大小.求出了阻力的大小,就得到了牵引力的大小.
  解汽车受到的阻力的大小为:
  f=0.05G=0.05×1×104N=500N.
  由于汽车在水平方向所受的牵引力和阻力是一对平衡力,因此汽车所受的牵引力大小为:
  F=f=500N.
  例3如图所示,某人用F=200N的水平压力将物体压在竖直墙上.已知物重G=50N,若物体静止不动.则此物体所受的摩擦力多大?
  分析如果物体不受摩擦力,则会掉下来,也就是说物体相对于墙会向下运动.物体之所以没有掉下来,是由于受到了一个竖直向下的静摩擦力,这个力与物体所受的重力平衡.因此,物体共受到四个力的作用:重力G(竖直向下),压力F(水平向左),墙对物体的支持力N(水平向右),静摩擦力f (竖直向上).其中压力F与支持力N平衡,重力G与静摩擦力f平衡.
  解物体相对竖直墙有向下运动的趋势,因此墙对物体的静摩擦力f方向竖直向上.要使物体静止不动,f必与物体所受的重力平衡.由二力平衡的知识知,物体所受的静摩擦力与物体所受的重力大小相等,即f=G=50N.
  即物体所受的静摩擦力大小为50N.
  例4一架直升机的质量为2t,旋翼至少要向上提供多大的托力,才能使直升机悬停在空中(g取10N/kg)?
  分析直升机悬停在空中竖直方向处于静止状态,一定受平衡力作用,重力与托力是一对平衡力,大小相等.
  解直升机所受的重力G=mg=2000kg×10N/kg=20000N托力与重力是二力平衡,所以托力的大小等于重力的大小,F=G=20000N.
  例5一艘轮船满载时的排水量为17000t,当它满载漂浮在海面上时,受到的浮力是多大?轮船自身有多重?
  分析轮船满载时漂浮在海面所受的浮力与所受的重力是一对平衡力,由阿基米德原理浮力等于被它排开液体的重力.
  解F=G=Mg=1.7×107kg×10N/kg=1.7×108N
  F=G+G
  G=F-G
  注:本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文
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