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二力平衡是力学的重点内容之一,而二力平衡的条件是分析、解决二力平衡问题的重要依据。也是将来进入高中学习多力平衡的基础。下面我们从四个方面来正确理解二力平衡。
二力平衡的概念
由牛顿第一定律可知。物体完全不受力时。运动状态不变。事实上。我们周围的物体都要受到力的作用,物体在受到力的作用时。也会出现运动状态不变的情况。如静止的沙发、天花板上的吊灯、在平直道路上匀速行驶的汽车,虽然它们都受到力的作用、但却保持静止或匀速直线运动状态。此时。物体受到的几个力的作用相互抵消。相当于不受力。我们说这几个力相互平衡。物体处于平衡状态。
例1 在下列事例中。物体受到平衡力作用的是( )。
A.围绕地球做匀速圆周运动的卫星
B.减速进站的火车
C.正在加速上升的火箭
D.在马路上匀速直线行驶的汽车
解析:当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时。物体处于平衡状态。受到平衡力的作用。围绕地球做匀速圆周运动的卫星。速度大小不变。但运动方向在改变。不处于平衡状态。受到的不是平衡力:火车进站时速度在减小,故受力不平衡;火箭加速上升,速度增大,受力不平衡;汽车做匀速直线运动,处于平衡状态。受平衡力作用。D正确。
答案:D
二力平衡的条件
最简单的受力平衡是二力平衡。什么样的两个力才能使物体处于平衡状态呢?
通过实验探究我们发现。作用在同一物体上的两个力,如果大小相等、方向相反、并且作用在同一条直线上。这两个力就彼此平衡。
二力平衡条件的应用
1.根据物体的运动状态判断物体受力情况。
一个物体若处于静止状态或匀速直线运动状态。则物体可能不受力。也可能受平衡力:只要物体的运动状态发生了改变。它一定受力。且受到的力一定是非平衡力。
例2 汽车在一条平直的公路上匀速行驶。先是以30km/h的速度行进。发动机牵引力是10N。司机见路况良好。把车速提到60 km/h。汽车保持60 km/h的速度行驶时。牵引力大小是( )。
A.大于10N B.等于10N
C.小于10N D.无法确定
解析:汽车一直做匀速直线运动,受到的是平衡力。竖直方向上。汽车所受的重力和地面对它的支持力二力平衡;水平方向上,汽车受到的牵引力和地面给汽车的摩擦力二力平衡。故无论速度是30 km/h还是60 km/h,汽车受到的牵引力都和地面给它的摩擦力大小相等。由于摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关,汽车速度改变,并不影响摩擦力的大小。所以,汽车速度增大为60km/h后。牵引力的大小依然为10N。
答案:B
2.由物体的受力情况判断物体的运动状态。
物体不受力时或者物体在平衡力作用下。都保持静止状态或匀速直线运动状态。
倒3跳伞运动员在从飞机上跳下。降落伞打开之前,下落会越来越快,此时运动员受到的阻力__重力;打开降落伞后,运动员匀速下落,阻力__重力。(均填“大于”“小于”或“等于”)
解析:运动员在下落过程中受到两个力,竖直向下的重力和竖直向上的空气阻力。降落伞打开之前,运动员下落速度越来越快,说明运动员受到的重力大于阻力;打开降落伞后。运动员匀速下落,处于平衡状态,此时运动员受到的是平衡力,阻力等于重力。
答案:小于 等于
如图1,桌子上的课本受到两个力,竖直向下的重力和桌子对课本竖直向上的支持力。由于课本保持静止状态,所以,课本所受的重力和支持力是一对平衡力。一对平衡力满足如下条件:①大小相等;②方向相反;③作用在同一物体上;④作用在同一条直线上。
从另一个角度出发,桌子对课本有向上的支持力,同时课本对桌子也有一个向下的压力,可见物体间力的作用是相互的,我们把这样一对力称为相互作用力,一对相互作用力满足:①大小相等;②方向相反;③作用在不同物体上;④作用在同一条直线上。
由此可知,平衡力和相互作用力的不同点有:(1)作用点不同,二力平衡中的两个力作用在一个物体上,相互作用力中的两个力分别作用在两个物体上。(2)存在的时间不同。二力平衡中若一个力消失了,另一个力还可能存在:相互作用力中的两个力总是同时存在。同时消失的。
例4 汽车在牵引力的作用下沿平直公路做匀速直线运动,下列判断正确的是( )。
A.汽车所受的重力和汽车对地面的压力是一对平衡力
B.汽车受到的牵引力和摩擦力是一对相互作用力
C.汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力是一对相互作用力
D.如果汽车所受外力突然完全消失,则汽车会慢慢停下来
解析:A中。汽车所受的重力方向竖直向下。汽车对地面的压力垂直于地面向下,二者不可能是一对平衡力:B中。汽车受到的牵引力是发动机给汽车的,而汽车受到的摩擦力是地面给汽车的。可见二者不是一对相互作用力:C中,汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力是一对相互作用力;D中,正在做匀速直线运动的汽车所受外力如果突然完全消失。汽车将保持匀速直线运动状态。
答案:C
责任编辑 程哲
二力平衡的概念
由牛顿第一定律可知。物体完全不受力时。运动状态不变。事实上。我们周围的物体都要受到力的作用,物体在受到力的作用时。也会出现运动状态不变的情况。如静止的沙发、天花板上的吊灯、在平直道路上匀速行驶的汽车,虽然它们都受到力的作用、但却保持静止或匀速直线运动状态。此时。物体受到的几个力的作用相互抵消。相当于不受力。我们说这几个力相互平衡。物体处于平衡状态。
例1 在下列事例中。物体受到平衡力作用的是( )。
A.围绕地球做匀速圆周运动的卫星
B.减速进站的火车
C.正在加速上升的火箭
D.在马路上匀速直线行驶的汽车
解析:当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时。物体处于平衡状态。受到平衡力的作用。围绕地球做匀速圆周运动的卫星。速度大小不变。但运动方向在改变。不处于平衡状态。受到的不是平衡力:火车进站时速度在减小,故受力不平衡;火箭加速上升,速度增大,受力不平衡;汽车做匀速直线运动,处于平衡状态。受平衡力作用。D正确。
答案:D
二力平衡的条件
最简单的受力平衡是二力平衡。什么样的两个力才能使物体处于平衡状态呢?
通过实验探究我们发现。作用在同一物体上的两个力,如果大小相等、方向相反、并且作用在同一条直线上。这两个力就彼此平衡。
二力平衡条件的应用
1.根据物体的运动状态判断物体受力情况。
一个物体若处于静止状态或匀速直线运动状态。则物体可能不受力。也可能受平衡力:只要物体的运动状态发生了改变。它一定受力。且受到的力一定是非平衡力。
例2 汽车在一条平直的公路上匀速行驶。先是以30km/h的速度行进。发动机牵引力是10N。司机见路况良好。把车速提到60 km/h。汽车保持60 km/h的速度行驶时。牵引力大小是( )。
A.大于10N B.等于10N
C.小于10N D.无法确定
解析:汽车一直做匀速直线运动,受到的是平衡力。竖直方向上。汽车所受的重力和地面对它的支持力二力平衡;水平方向上,汽车受到的牵引力和地面给汽车的摩擦力二力平衡。故无论速度是30 km/h还是60 km/h,汽车受到的牵引力都和地面给它的摩擦力大小相等。由于摩擦力的大小只与接触面的粗糙程度和压力的大小有关,汽车速度改变,并不影响摩擦力的大小。所以,汽车速度增大为60km/h后。牵引力的大小依然为10N。
答案:B
2.由物体的受力情况判断物体的运动状态。
物体不受力时或者物体在平衡力作用下。都保持静止状态或匀速直线运动状态。
倒3跳伞运动员在从飞机上跳下。降落伞打开之前,下落会越来越快,此时运动员受到的阻力__重力;打开降落伞后,运动员匀速下落,阻力__重力。(均填“大于”“小于”或“等于”)
解析:运动员在下落过程中受到两个力,竖直向下的重力和竖直向上的空气阻力。降落伞打开之前,运动员下落速度越来越快,说明运动员受到的重力大于阻力;打开降落伞后。运动员匀速下落,处于平衡状态,此时运动员受到的是平衡力,阻力等于重力。
答案:小于 等于
如图1,桌子上的课本受到两个力,竖直向下的重力和桌子对课本竖直向上的支持力。由于课本保持静止状态,所以,课本所受的重力和支持力是一对平衡力。一对平衡力满足如下条件:①大小相等;②方向相反;③作用在同一物体上;④作用在同一条直线上。
从另一个角度出发,桌子对课本有向上的支持力,同时课本对桌子也有一个向下的压力,可见物体间力的作用是相互的,我们把这样一对力称为相互作用力,一对相互作用力满足:①大小相等;②方向相反;③作用在不同物体上;④作用在同一条直线上。
由此可知,平衡力和相互作用力的不同点有:(1)作用点不同,二力平衡中的两个力作用在一个物体上,相互作用力中的两个力分别作用在两个物体上。(2)存在的时间不同。二力平衡中若一个力消失了,另一个力还可能存在:相互作用力中的两个力总是同时存在。同时消失的。
例4 汽车在牵引力的作用下沿平直公路做匀速直线运动,下列判断正确的是( )。
A.汽车所受的重力和汽车对地面的压力是一对平衡力
B.汽车受到的牵引力和摩擦力是一对相互作用力
C.汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力是一对相互作用力
D.如果汽车所受外力突然完全消失,则汽车会慢慢停下来
解析:A中。汽车所受的重力方向竖直向下。汽车对地面的压力垂直于地面向下,二者不可能是一对平衡力:B中。汽车受到的牵引力是发动机给汽车的,而汽车受到的摩擦力是地面给汽车的。可见二者不是一对相互作用力:C中,汽车对地面的压力和地面对汽车的支持力是一对相互作用力;D中,正在做匀速直线运动的汽车所受外力如果突然完全消失。汽车将保持匀速直线运动状态。
答案:C
责任编辑 程哲