1、 第三节 力的平衡把握要点二力平衡（1）平衡状态：物体受到两个力（或多个力）作用时，如果能保持_或_，我们说物体处于平衡状态。（2）平衡力：使物体处于_的两个力（或多个力）为平衡力。（3）条件：当一个物体受到两个力作用时，二力平衡的条件是：二力大小_、方向_、作用在同一条直线上。（4）一个物体受力平衡的条件是物体所受外力的合力为_。（5）应用：根据物体处于静止状态或匀速直线运动状态，可以分析出作用在物体上的力的大小和方向；根据物体的受力情况判断物体的运动状态。答案：（1）静止状态 匀速直线运动状态 （2）平衡状态（3）相等 相反 （4）零学前导航学习本节知识前要先回顾牛顿第一定律的内容，知道物
2、体在不受力时会保持静止或匀速直线运动状态，这是一种理想情况，而生活中的物体却不可避免地要受到这样那样的力，不能够保持静止或匀速直线运动状态，从这个切入点引入，然后分析一些事例，进行探究，步步深入，从矛盾中发现问题、得出结论。本节主要包括两部分：力的平衡、二力平衡的条件。重点是二力平衡的条件，了解物体运动状态变化的原因。本节的难点在于实验探究二力平衡条件并认识到平衡力与相互作用力的区别。本节内容希望大家在对二力平衡的认识中感受处于平衡力作用下物体的运动状态，并通过实验探究认识二力平衡的条件，在实验探究过程中培养大家的分析、表述能力。难点突破1.什么是二力平衡？剖析：物体保持静止或匀速直线运动的状
3、态叫平衡状态。牛顿第一定律告诉我们，物体在不受力的时候，要保持平衡状态。但牛顿第一定律描述的是一种理想情况，实际生活中物体受到力的作用时，也能保持平衡状态。例如：教室内的吊灯受到重力和拉力的作用保持静止。匀速下降的跳伞运动员在重力和空气阻力的作用下处于平衡状态。物体受到力的作用时，这几个力改变物体运动状态的作用效果相互抵消，就相当于不受力。使物体处于平衡状态的两个力（或多个力）为平衡力。比如：起重机匀速吊起的重物所受到的重力和起重机对重物的拉力就是一对平衡力。现实生活中做匀速直线运动或处于静止状态的物体都是受到平衡力的作用。如果物体只受两个力而处于平衡状态的情况叫做二力平衡。例如：静止在桌面上
4、的苹果受到一个竖直向下的重力和桌面对它竖直向上的支持力；匀速下落的跳伞运动员受到一个竖直向下的重力和一个竖直向上的空气阻力，这样苹果和跳伞运动员在力的作用下，都处于二力平衡状态，作用在苹果上的重力、支持力，作用在跳伞运动员上的重力和空气阻力都叫二力平衡。2.力和运动的关系是什么？剖析：力和运动的关系可以从以下几个方面进行分析：（1）物体不受力时，应保持匀速直线运动或保持静止状态。（2）物体受平衡力时，应保持静止或保持匀速直线运动状态。静止的物体受平衡力时，仍然保持静止；运动的物体受平衡力时，仍然保持匀速直线运动状态。（3）物体受力不平衡时，等效于物体只受一个力的作用，运动状态将发生改变。静止的
5、物体受力不平衡时，将由静止开始运动；运动的物体受非平衡力时，物体的运动速度的大小或方向将发生改变。如果这个力的方向跟物体运动方向相同，物体的速度增大，并且做直线运动；如果这个力的方向跟物体的运动方向相反，物体的速度减小，仍做直线运动；如果这个力方向与物体运动方向不在一条直线上，物体的运动方向将改变，做曲线运动。例如，火车在平直的轨道上行驶。在竖直方向上重力和支持力平衡，如果牵引力大于阻力，火车将加速；如果牵引力小于阻力，火车将减速；牵引力和阻力相等时，水平方向二力平衡，火车匀速直线前进。向斜上方抛出去的铅球，在重力的作用下，速度的大小和方向都在不断变化。3.平衡力与相互作用力有哪些异同点？剖析
6、：一对平衡力与相互作用力的共同点是：大小相等、方向相反，作用在同一条直线上。不同点：（1）相互平衡的两个力作用在同一个物体上；而相互作用力是分别作用在两个不同物体上，并具有同时产生、同时消失、性质相同的特点。 （2）性质不同的力，不可能是相互作用力。比如：水平桌面上放的书受到的重力和书受到的支持力，两力的性质不同，必定不是作用力反作用力，而它们正好是一对平衡力。 （3）两 个力互为施力物体和受力物体，而且性质相同，则该两个力一定是相互作用力。比如：水平地面上的物体对地面的压力和物体受到的支持力，其中压力和施力物体恰为支持力的受力物体，压力的受力物体为支持力的施力物体，而且都是弹力，因此这两个力
7、是相互作用力。例题精讲例 1 下列说法正确的是（ ）A.静止的物体，如果受到推力作用，它的运动状态一定发生改变B.两个力大小相等、方向相反且作用在同一条直线上，这两个力可能是平衡力C.如果作用在物体上的两个力的三要素都相同，两个力可能是平衡力D.做匀速直线运动的物体，只受一对平衡力作用，如果突然失去其中一个力，则该物体可能不再做直线运动解题思路：本题需逐一判断选项的正确与否，即排除法。A 选项中只考虑物体受力则运动状态改变，没考虑到物体若受到的推力与摩擦力平衡时，物体仍保持静止状态。因此 A 不正确。B 选项中符合平衡力的特点：大小相等，方向相反，作用在同一直线上，但因无法确定是否作用在同一物
8、体上，而无法断定一定是平衡力。因此 B项说“可能”是正确的。 C 选项所说两个力的三要素均相同，当然包括方向相同这一点，这与平衡力的特点是不相符的。因此 C 错误。D 选项中所涉及到的失去的那个力的方向如果与物体运动方向相同或者相反，则做直线运动，否则物体运动方向将发生改变。因此 D项正确。答案：BD解题关键：在解此类题时要特别注意区别“一定”“可能”这两个关键词，不能正确把握命题与结论间的关系而得出错误的结论。解决这类问题的方法：一是要从准确理解所涉及的物理概念或规律入手，另一点就是对于“肯定性 ”的命题，能找出反面例子，就可以判断这个命题是错误的。对于“不确定” 性命题能找出正面例子，就可
9、以确定这个命题是正确的。提高训练 物体在水平拉力作用下沿水平桌面匀速向右运动，则下列说法中正确的是（ ）A.物体所受的拉力和重力是一对平衡力B.物体所受的重力和桌面对物体的支持力是一对平衡力C.桌面对物体的支持力和物体对桌面的压力是一对平衡力D.桌面对物体的支持力和物体受到的摩擦力是一对平衡力解题思路：严格按照平衡力的特点：等大、反向、共线、同体的要点进行分析。A、D 中所提两力的方向不在同一条直线上，C 中两力受力物体不同，是相互作用力。因此 B 正确。答案：B例 2 某同学在超市购物用 10 N 的水平力推着购物小车在水平地面上做匀速直线运动，这时小车所受的阻力为_N。突然他发现前面有位老
10、人，于是用 15 N 的水平力向后拉小车，使小车减速，在小车减速过程中，小车所受合力为_N。解题思路：因为小车处于匀速直线运动状态，所以水平方向所受两力为平衡力，即摩擦力与推力大小相等，因此摩擦力大小为 10 N。因为滑动摩擦力大小只与接触面粗糙程度和正压力有关，所以减速时摩擦力大小不变，并且方向与 15 N 的向后的拉力方向相同。因此两个力的合力大小为 25 N。答案：10 25解题陷阱：此类题的难点是不少同学找不到题目中的隐含条件小车在水平面上做匀速直线运动，即受平衡力作用。其次，找不出小车减速过程中摩擦力的大小不变，错误分析拉力和摩擦力方向关系从而得出不正确的结论。提高训练 (2005
11、四川攀枝花)如图 6-3-1 所示，一个质量为 0.5 kg 的圆环沿竖直放在地面上的直杆匀速下滑，则圆环受到的摩擦力为_，地面对直杆的支持力（已知直杆重 20 N）为_。 （g 取 10 N/kg）图 6-3-1解题思路：首先确定研究对象为圆环，因匀速下滑，所以竖直方向上的重力和摩擦力为平衡力，即 F=mg=5 N。然后再以圆环和直杆组成的整体为研究对象，因为它们都处于平衡状态，所以整体所受重力和地面的支持力为平衡力，即支持力 F=5 N+20 N=25 N。答案：5 N 25 N例 3 (2005 上海)如图 6-3-2 所示，重为 G 的物体 P 挂在测力计下，其下端的纸带穿过打点计时器
12、。现分别两次拉动物体 P 竖直向上运动，打出的纸带分别如图 6-3-3（a ） 、 （b）所示，其对应测力计的示数分别为 Fa、F b。则 Fa 和 Fb 的大小关系是（ ）图 6-3-2 图 6-3-3A.FaFb D.以上三种情况都有可能解题思路：打点计时器是一种计时仪器，每隔 0.02 s 打一个点。在通过纸带上的每相邻两点间的距离所用的时间就是 0.02 s。由图中所示的两条纸带可以看到：点与点的间隔基本上相等，也就意味着两次物体 P 的运动都是匀速直线运动。因此物体 P 受到的重力和测力计的拉力相等，所以两次拉动物体时测力计的示数都等于重物 P 所受重力的大小。答案：B解题关键：这类
13、问题关键是从纸带上点的分布情况确定物体 P 的运动是匀速直线运动。由运动状态确定物体 P 的受力情况，即物体 P所受重力和测力计拉力为一对平衡力，从而确定测力计的读数即为物体 P 受到的重力。提高训练 有一弹簧测力计放在水平桌面上，两位同学各拉测力计的一端，使测力计在桌面上静止，测力计的示数为 5 N，忽略该测力计与桌面间的摩擦，则两位同学所用的力（ ）A.均为 5 N B.均为 10 NC.均为 2.5 N D.分别为 5 N 和 10 N解题思路：用弹簧测力计测量力的大小时，一般将测力计一端固定，另一端挂物体或施力，此时弹簧测力计示数表示出物重或拉力大小。测力计静止，说明两端受到的拉力大小
14、相等。故选项 A 正确。答案：A例 4 (2006 浙江湖州，7)放在水平桌面上静止不动的茶杯，受到彼此平衡的两个力是（ ）A.茶杯受到的重力和桌面对茶杯的支持力B.茶杯受到的重力和茶杯对桌面的压力C.桌面对茶杯的支持力和茶杯对桌面的压力D.桌子受到的重力和茶杯对桌面的压力解题思路：静止在桌面上的茶杯，受到重力和支持力。由于物体是静止的（处于平衡状态） ，受到的力为平衡力，故选项 A 正确。选项 B 中茶杯受到的重力和茶杯对桌面的压力既不是平衡力也不是相互作用力，只是它们在数值上相等。选项 C 中桌面对茶杯的支持力和茶杯对桌面的压力是相互作用力。选项 D 中桌子受到的重力和茶杯对桌面的压力，受
15、力物体是桌子而不是茶杯，不合题意。此外，虽然都是作用在桌子上，但方向相同，不符合二力平衡的条件，它们既不是平衡力，也不是相互作用力。选项 B、C 、D 都是错误的。本题是对新课程“知道二力平衡 ”目标的落实，考查学生的正确区分二力平衡和相互作用力的能力。答案：A解题关键：解答此类题时要注意平衡力和相互作用力的区别。判断两个力是不是平衡力，一般方法是：先判断题中给出的两个力是否都作用在同一物体上，如果是作用在同一物体上，然后再根据二力平衡的条件或根据物体所处的状态判断这两个力是否平衡。学习时要重视对平衡力的正确理解，联系生活中有关二力平衡的实例，尝试用所学的知识解释现象。提高训练 小强同学在锻炼
16、身体时，沿竖直杆下滑，若他滑下的过程中某一段可看作匀速运动，则在这段过程中（ ）A.杆对他的摩擦力和他的重力是一对平衡力B.他对杆的压力和他的重力是一对平衡力C.杆对他的摩擦力和他的重力的合力方向竖直向下D.杆对他的摩擦力和他的重力的合力方向竖直向上解题思路：以小强为研究对象，他下滑过程中竖直方向受两个力作用：重力和摩擦力。因为匀速下滑过程中二力平衡，即重力与摩擦力大小相等、方向相反、作用在同一直线上，因此，合力为零。 答案：A课外讨论问题 1 形状规则、质量分布均匀的物体的重心在它们的几何中心上，比如质量分布均匀的球体、圆柱体、长方体等形状的物体的重心就在它们的几何中心上。那如何确定形状不规
17、则且质量分布不均匀的薄板状物体的重心位置呢？对于形状规则、质量分布均匀的物体的重心，比较容易找出在物体的几何中心上，但形状不规则、质量分布不均匀的物体的重心如何确定呢？能否利用二力平衡的知识来解决这个问题呢？在知识的思维联系上跨度较大，可以通过动手去进行探究，然后回味探究的过程，领会二力平衡的有关知识，关于重心位置的确定就较明显了。思考：实验中为什么沿悬线所画的两条直线的交点 O 点就是薄硬纸板的重心位置？此处无须理论证明，用感性知识说服理性知识，以后随着知识的增长，可以去寻求更多的方法。探究：我们可以利用二力平衡知识，来确定形状不规则且质量分布不均匀的薄板状物体的重心位置。具体做法是：（1）
18、取一块形状不规则的薄硬纸板，找一点用细线把它悬挂起来，保持纸板静止，并在纸板上沿悬线方向画一条直线； （2）再在纸板上这条直线以外的位置再找一点用细线把它悬挂起来，并沿细线方向再画一条直线；结论：两条直线的交点即为薄硬纸板的重心位置。问题 2 若某一物体在同一直线上受到三个或三个以上力的作用时，如何求它的合力呢？同一直线上两个力的合力的大小可以按照两个分力的大小相加或相减求出，如果是两个以上的力呢？三个力（或三个以上的力）在同一直线上时，如何探究其合力的大小和方向？可以通过实验的方法来探究或用理论的方法来推导。探究：实验探究的方法类似于课本中探究同一直线上二力的合成，可以设置三个力（或三个以上
19、的力）拉橡皮筋，然后进行比较，具体做法不再详细介绍。下面介绍两种用理论的方法来求同一直线上三个力（或三个以上的力）的合力。方法一：可以先把 F1 和 F2 这两个力根据同一直线上二力合成的结论求出它们的合力，然后再用这个合力与 F3 求出合力，依次类推，直到求出最后的合力为止。方法二：可以规定一个正方向，与正方向相同的力取正值，与正方向相反的力取负值，这样多个在同一直线上的力的合力，就可以应用数学加减直接求出，如图 6-3-4 所示。如规定向右的方向为正方向，则合力为：F 合 =F1+F2-F3。如果所得结果为正值，则合力的方向与规定向右的方向相同，如果所得结果为负值，则合力的方向与规定向右的方向相反。图 6-3-4自我训练达标训练1.跳伞运动员在匀速下降过程中（ ）A.没有受到外力作用 B.只受重力作用下降
