八年級物理下冊 8.2 二力平衡（解析版）（人教版）

8.2二力平衡（解析版）知識清單1.力的合成；2.平衡狀態(tài)與平衡力；3.二力平衡及其應(yīng)用；4.平衡力與相互作用力；5.力與運動的關(guān)系知識點1力的合成1.一個力如果它的作用效果跟幾個力的共同作用效果相同。這個力就叫做那幾個力的合力。求幾個力合力的過程叫力的合成。溫馨提示（1）合力是為了表示幾個力的作用效果而引入的，它并不是存在于物體受到的這幾個力之外的力。（2）研究合力時要用到等效替代法。2.同一直線上二力的合成（1）同一直線上同方向二力的合力，大小等于這兩個力大小之和，方向與這兩個力的方向相同。記作：F=F1+F2。（2）同一直線上相反方向的兩個力的合力，大小等于兩個力大小之差的絕對值，方向和較大的那個力的方向相同。記作F=|F1-F2|。典例一：一個物體同時受到同一直線上兩個力的作用，其中，，若用一個力等效代替這兩個力，則這個力的大小可能是（）。A．1N B．2N C．5N D．7N【答案】D?！窘馕觥孔饔迷谕粋€物體、同一直線上的兩個力，=3N，=4N。當(dāng)兩個力的方向相反時，合力為F=F2-F1=4N-3N=1N當(dāng)兩個力的方向相同時，合力為F=F2+F1=4N+3N=7N因此合力有兩種情況，故D符合題意。故選D。知識點2平衡狀態(tài)與平衡力1.平衡狀態(tài)物體處于靜止或勻速直線運動的狀態(tài)叫平衡狀態(tài)。2.平衡力（1）若物體在幾個力作用下保持平衡狀態(tài)，我們就把這幾個力為平衡力，這幾個力的合力為零。牛頓第一定律中“沒有受到力的作用”，可以理解為“物體受到了平衡力”的作用。（2）懸掛著的電燈能保持靜止，是因為電燈受到重力和燈繩對它的拉力是一對平衡力（圖甲）；在平直公路上做勻速直線運動的汽車，受到向前的牽引力和地面、空氣對它向后的阻力，這時牽引力和阻力是一對平衡力（圖乙）。桌面上的書保持靜止，書受到的重力和桌面對書的支持力是一對平衡力（圖丙）。甲乙丙典例二：太極劍是太極拳運動的一個重要內(nèi)容。圖是太極劍運動的某一場景，人和劍均處于靜止?fàn)顟B(tài)。若此時人左腳所受支持力為F1，右腳所受支持力為F2,人和劍所受總重力為G。下列選項正確的是（）。A．F1>F2 B．F1<F2C．F1=F2=G D．F1=F2=G/2【答案】A?！窘馕觥緼B．由圖像可知，此時該人重心明顯向左腳偏移，因此左腳受到的支持F1應(yīng)大于右腳所受支持力F2，故A正確，B錯誤；CD．因為人處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此受力平衡人和劍所受總重力G等于雙腳所受到的支持力，即G=F1+F2，故CD錯誤。知識點3二力平衡及其應(yīng)用二力平衡二力平衡條件物體在兩個力作用下保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)，我們就說這兩個力平衡同體兩個力作用在同一物體上等值兩個力大小相等注意二力平衡時要求四個條件同時具備，缺一不可反向兩個力方向相反共線兩個力在同一直線上知識拓展二力平衡的判斷（1）根據(jù)二力平衡條件判斷。只要兩個力“同體、等值、反向、共線”，那么，這兩個力就是一對平衡力。（2）根據(jù)物體運動狀態(tài)是否變化判斷。如果物體在某一方向上受到一對力的作用而運動狀態(tài)保持不變，那么這一對力就是平衡力；反之，就不是平衡力。典例三：小熊貓能夠輕松地倒掛在竹子上，當(dāng)它倒掛在竹子上靜止時，下列說法正確的是（）。A．竹子對小熊貓的作用力和小熊貓所受的重力是一對平衡力；B．小熊貓對竹子的作用力和小熊貓所受的重力是一對平衡力；C．小熊貓對竹子的作用力和竹子對小熊貓的作用力是一對平衡力；D．小熊貓很輕，其重力不需要平衡就能靜止在空中【答案】A?！窘馕觥緼．竹子對小熊貓的作用力和小熊貓的重力是作用在同一物體上的兩個力，小熊貓在這兩個力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，這兩個力就是一對平衡力，故A正確；B．小熊貓對竹子的作用力作用在竹子上，小熊貓的重力作用在熊貓上，不是作用在同一物體上的兩個力，不是一對平衡力，故B錯誤；C．小熊貓對竹子的作用力和竹子對小熊貓的作用力是作用在不同的物體上，不是一對平衡力，故C錯誤；D．小熊貓再輕也要受到重力的作用，不平衡就不會保持平衡狀態(tài)，靜止就是一種平衡狀態(tài)，故D錯誤。知識點4平衡力與相互作用力作用力和反作用力相互平衡的兩個力示意圖相同點大小相等相等方向相反，且在同一直線上相反，且在同一直線上區(qū)別作用對象分別作用在兩個物體上共同作用在同一物體上作用時間同時產(chǎn)生，同時消失一個力消失，另一個力可以存在力的作用效果作用力和反作用力分別作用在不同物體上，一般產(chǎn)生不同的效果兩個力共同作用在同一物體上，使物體保持平衡典例四：如圖所示，小江同學(xué)將自己的水杯和英語詞典疊放在書桌上，下列說法正確的是（）。A．水杯對詞典的壓力就是水杯的重力；B．水杯受到的支持力和水杯對詞典的壓力是一對平衡力；C．詞典受到的重力和桌面對詞典的支持力是一對平衡力；D．桌面對詞典的支持力和詞典對桌面的壓力是一對相互作用力【答案】D?！窘馕觥緼．水杯對詞典的壓力作用在詞典上，水杯的重力作用在水杯上，不一樣，故A錯誤；B．水杯受到的支持力作用在水杯上，水杯對詞典的壓力作用在詞典上，不同體，不是平衡力，故B錯誤；C．詞典還受到水杯的壓力，是三力平衡，故C錯誤；D．桌面對詞典的支持力和詞典對桌面的壓力大小相等，方向相反，分別作用在兩個物體上，是一對相互作用力，故D正確。故選D。知識點5力和運動的關(guān)系力的方向與物體的運動方向物體所處的狀態(tài)運動狀態(tài)不受力（受平衡力）（合力為零）—靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)不變合力不為零相同速度增大，并做直線運動改變相反速度減小，仍做直線運動不在同一直線上運動方向改變，做曲線運動典例五：我市地處黃河入?？?，擁有世界上暖溫帶保存最完整、最年輕的濕地生態(tài)系統(tǒng)-黃河三角洲濕地，每年都會吸引無數(shù)游客乘船游覽，下列說法正確的是（）。A．船需要劃槳才能前進，說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因；B．停止劃槳，船會向前運動一段距離，是因為受到慣性的作用；C．船上有游客時，船受到的浮力等于船自身的重力；D．靜止時船的重力不一定豎直向下【答案】A?！窘馕觥緼．向后劃槳時，由于力的作用是相互的，水對槳有向前的推力，船才能前進，說明力是改變物體運動狀態(tài)的原因，故A正確；B．停止劃槳，船會向前運動一段距離，是因為船具有慣性要保持原來的運動狀態(tài)向前運動，故B錯誤；C．船上有游客時，船受到的浮力等于船自身的重力與游客的重力之和，故C錯誤；D．重力方向總是豎直向下，故D錯誤。故選A。實驗清單實驗探究：二力平衡條件實驗探究二力平衡的條件【實驗?zāi)康摹刻骄慷ζ胶獾臈l件【實驗器材】表面光滑的桌子（帶滑輪）、小車等質(zhì)量的吊盤（帶兩根細(xì)線）、砝碼若干?！緦嶒灢襟E】（1）如圖所示，將小車放在光滑的水平桌面上，其左、右掛鉤上拴好細(xì)繩，并跨過滑輪，下端各栓一等質(zhì)量的吊盤，吊盤內(nèi)各放一個等質(zhì)量的砝碼，觀察小車是否靜止。（2）向其中的一個吊盤里加砝碼，觀察小車是否還能靜止。（3）保持兩盤內(nèi)的砝碼質(zhì)量相等，把小車扭轉(zhuǎn)一個角度，使拉力F1、F2不在一條直線上，觀察小車的情況。（4）若將右側(cè)的吊盤也掛在左側(cè)，觀察小車運動情況。（5）另取一個相同的小車，將一個吊盤掛在左邊的小車的左側(cè)，將另一個吊盤掛在右邊小車的右側(cè)，觀察小車的運動情況?！緦嶒灲Y(jié)論】一個物體在兩個力的作用下保持靜止的條件是：這兩個力必須大小相等、方向相反，并且在同一條直線上?！咀⒁馐马棥浚?）用小車而不用木塊進行實驗，能夠有效地減小摩擦力，更方便觀察小車的運動情況；（2）實驗前，滑輪要加一點潤滑油，桌面要光滑，盡量減小摩擦力對實驗的影響；（3）通過觀察小車是否靜止在桌面上來判斷小車是否處于平衡狀態(tài)；（4）在向已處于平衡的吊盤中加砝碼時，所加的砝碼質(zhì)量不能太小，避免因摩擦而使小車不能向質(zhì)量大的砝碼一端運動，造成理解上的麻煩。典例六：在探究“二力平衡的條件”的實驗中，小明同學(xué)采用的實驗裝置如圖甲所示。(1)實驗時小明發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)懸掛砝碼質(zhì)量不等時木塊也能平衡，其原因是______。(2)經(jīng)過思考后，小明采用如圖乙所示裝置繼續(xù)實驗，該方案中由于_____，故小卡片的重力可以忽略不計。(3)為了驗證“使物體平衡的兩個力必須在同一直線上”，小明在圖乙所示實驗的基礎(chǔ)上又分別進行了圖丙、圖丁所示操作，其中操作______（丙/丁/丙和丁都）是正確的。(4)小明最后將小卡片用剪刀剪斷（分為左右兩半），這是為了驗證______。【答案】木塊與桌面摩擦力的影響；卡片的重力遠(yuǎn)小于鉤碼的重力；丙；作用在不同物體上的兩個力是否平衡?！窘馕觥?1)[1]實驗時小明發(fā)現(xiàn)左右兩側(cè)懸掛砝碼質(zhì)量不等時木塊也能平衡，是因為物體還受其它力的影響，這個力是木塊受到的桌面對它的摩擦力。(2)[2]根據(jù)題意知道，圖乙是最終確認(rèn)的實驗方案，此方案中，由于卡片的重力遠(yuǎn)小于鉤碼的重力，可以忽略不計。(3)[3]為探究不在同一直線上的兩個力是否能平衡，可用手將卡片轉(zhuǎn)過一定角度，并保持兩個拉力方向相反，松開手后觀察小卡片能否平衡，故丙正確。丁中雖然兩個力不在同一條直線上，但沒有控制兩個力的方向相反，故丁錯誤。(4)[4]將小卡片用剪刀剪斷，使兩個力作用在兩個物體上，為了驗證作用在不同物體上的兩個力是否平衡。方法清單1.二力平衡條件的應(yīng)用；2.平衡力和平衡狀態(tài)的判斷；3.探究二力平衡條件；4.同一直線上二力合成的相關(guān)計算題型一二力平衡條件的應(yīng)用★解題指導(dǎo)1.判斷物體是否平衡先確定研究對象，后分析受力情況，滿足二力平衡條件則受力平衡，反之受非平衡力作用。2.判斷力的大小和方向若物體處于平衡狀態(tài)，則受平衡力作用，然后再對物體進行受力分析，判斷哪些力是平衡力，根據(jù)其中的一個力的大小和方向判斷另一個力的大小和方向。3.判斷物體的運動狀態(tài)物體受平衡力時，應(yīng)保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。物體受非平衡力作用時，運動狀態(tài)會發(fā)生變化。典例七：如圖所示，跳傘運動員和傘總重1000牛，在空中勻速下降的過程中，運動員和傘受到的阻力是________N。假設(shè)在下降的過程中運動員和傘受到的所有外力突然全部消失，則運動員和傘的將會____________?！敬鸢浮?000；勻速下降?！窘馕觥坑捎谔鴤氵\動員和傘在空中勻速直線下降，處于勻速直線運動狀態(tài)，所以人和傘受到的阻力與人和傘的總重力是一對平衡力，大小相等，方向相反，因此阻力大小為1000N，方向為豎直向上；假設(shè)在下降過程中跳傘運動員和傘受到的所有外力突然全部消失，則跳傘運動員和傘將會保持此時的速度勻速下降。典例八：如圖所示，繩子吊著小球從A點釋放，小球會擺動到B點再擺動到最高點C點，到達B點時小球處于_____（選填“平衡”或“非平衡”）狀態(tài)。小球擺到C點時假如一切外力突然消失，則小球的運動狀態(tài)是：______?！敬鸢浮糠瞧胶?；靜止?！窘馕觥啃∏驈腁點釋放，小球會擺動到最低點B時，小球運動速度和方向不斷發(fā)生變化即小球不是做勻速直線運動，所以小球處于非平衡狀態(tài)；當(dāng)小球到達C點時，速度為0，此時小球所受各力突然全部消失，根據(jù)牛頓第一定律，物體將保持這一狀態(tài)，所以小球?qū)⑻幱陟o止?fàn)顟B(tài)。典例九：如圖所示是甲、乙兩隊正在進行拔河比賽的場景，不計繩重，下列說法錯誤的是（）。A．比賽時選體重較大的運動員能增大對地面的壓力；B．比賽時運動員身體后傾、兩腿彎曲，可以降低重心；C．比賽時受拉力較大的一隊最終獲勝；D．比賽時受地面摩擦力較大的一隊最終獲勝【答案】C?！窘馕觥緼．運動員對地面的壓力等于自己的重力，所以比賽時選體重較大的運動員能增大對地面的壓力，故A正確，A不符合題意；B．比賽時運動員身體后傾、兩腿彎曲，可以降低重心，提高穩(wěn)定度，故B正確，B不符合題意；C．力的作用是相互的，所以兩隊受到的拉力大小相等，故C錯誤，C符合題意；D．比賽時受地面摩擦力較大的一隊更不容易被拉動，所以最終獲勝，故D正確，D不符合題意。故選C。題型二平衡力和平衡狀態(tài)的判斷★解題指導(dǎo)（1）物體受平衡力作用時，其運動狀態(tài)不發(fā)生變化，保持靜止或勻速直線運動狀態(tài)；物體受非平衡力作用時，其運動狀態(tài)會發(fā)生變化，體現(xiàn)為速度大小及方向的變化。（2）非平衡力：兩個力作用在同一物體上時，若這兩個力不能使物體保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，則這兩個力不平衡，稱這兩個力為非平衡力。典例十：一個重為200牛的物體，當(dāng)它受到200牛的拉力時，這個物體（）。A．一定處于靜止?fàn)顟B(tài)；B．一定處于勻速直線狀態(tài)；C．一定處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)；D．條件不足，無法確定【答案】D?！窘馕觥坑深}意知，物體受豎直向下的重力G=200N與大小為F=200N的拉力作用①如果拉力F豎直向上，則物體所受合力為零，處于平衡狀態(tài)，物體可能靜止，也可能做勻速直線運動。②如果拉力F豎直向下，則物體所受合力F合=G+F=200N+200N=400N運動狀態(tài)不斷改變。綜上分析可知，由于所給條件不足，無法判定物體的運動狀態(tài)。故ABC不符合題意，D符合題意。故選D。題型三探究二力平衡條件★解題指導(dǎo)問題點撥：（1）二力平衡的條件：同體、等大、反向、共線，實驗時要用控制變量法對四個條件逐個探究；（2）選用實驗器材和設(shè)計實驗時，應(yīng)盡量減小摩擦阻力和研究對象所受重力對實驗的影響；（3）線兩端所掛的鉤碼的數(shù)量盡可能多一些，以削弱摩擦阻力的影響。典例十一：圖甲是小華同學(xué)探究二力平衡條件時的實驗裝置。(1)小華將系于小紙片兩端的細(xì)線分別跨過左右支架上的滑輪，在線的兩端掛鉤碼，使作用在小紙片上的兩個拉力方向相反，并通過調(diào)整______來改變拉力的大小，實驗中選擇小紙片的目的是______（考慮/不考慮）小紙片的重力。當(dāng)細(xì)線兩端鉤碼相同時，小紙片靜止不動，說明兩個力平衡時的大小相等；(2)當(dāng)小紙片靜止不動時，小華將小紙片扭轉(zhuǎn)過一個角度，松手后小紙片不能靜止不動，設(shè)計此實驗步驟的目的是為了探究不在______上的兩個力能否平衡；(3)實驗過程中如果想探究不同體的兩個力能否平衡，小華如何去作______；(4)在探究同一個問題時，小明將木塊放在水平桌面上，設(shè)計了如題乙所示的實驗，同學(xué)們認(rèn)為小華的實驗優(yōu)于小明的實驗，其主要的原因是______。A．減少了摩擦力對實驗結(jié)果的影響B(tài)．小紙片是比較容易獲取的資料C．容易讓小紙片在水平方向上保持平衡D．小紙片容易扭轉(zhuǎn)【答案】鉤碼的個數(shù)；不考慮；一條直線上；用剪刀把小紙片一剪兩半；A。【解析】(1)[1]小紙片兩端通過滑輪各掛一個鉤碼，兩個鉤碼由于重力通過繩子對小紙片施加了兩個向相反方向的拉力，拉力的大小等于鉤碼的重力，鉤碼的數(shù)量越多，拉力就越大；可通過調(diào)整鉤碼數(shù)量，來改變拉力的大小。[2]實驗中選擇小紙片，是因為小紙片的重力很小，可以不考慮小紙片的重力。(2)[3]小紙片轉(zhuǎn)過一個角度，小紙片兩端的拉力就不在一條直線上，紙片就會轉(zhuǎn)動，說明了不在同一直線上的兩個力不能平衡。即可以探究不在一條直線上的兩個力能否平衡。(3)[4]若想探究不同體的兩個力能否平衡，可以用剪刀把小紙片一剪兩半，兩個拉力不再作用在同一物體上，觀察兩紙片是否平衡。(4)[5]小明把物體放在水平桌面上，物體和水平桌面之間存在摩擦力，木塊受到的摩擦力會對實驗產(chǎn)生影響。所以小華的實驗優(yōu)于小明的實驗，其主要原因是減少了摩擦力對實驗結(jié)果的影響。故選A。題型四同一直線上二力合成的相關(guān)計算★解題指導(dǎo)（1）同一直線上幾個力作用使物體平衡的問題，可以利用同一直線上兩個力的合成的知識將一個方向上的幾個力合成兩個力，將另一個方向上的幾個力合成一個力，當(dāng)物體平衡時，這兩個力大小相等，從而將其簡化為二力平衡的問題；（2）物體同時受水平方向和豎直方向的力時，在哪一個方向物體處于平衡狀態(tài)，在那個方向上的力就是平衡力，另一方向上的力對這個方向的運動不會造成影響。典例十二：水平桌面上，質(zhì)量為20kg的物體在10N的水平拉力作用下向右作勻速直線運動，如圖甲所示，物體運動距離（s）-時間（t）圖像如圖乙所示?物體所受到的滑動摩擦力是______N，物體對水平桌面的壓力為______N?運動的速度是______m/s?（g=10N/kg）【答案】10；200；0.2?！窘馕觥縖1]根據(jù)乙圖可知物體運動時，路程和時間成正比，物體在做勻速直線運動，物體處于平衡狀態(tài)，則物體所受滑動摩擦力等于水平拉力10N。[2]物體對水平桌面的壓力等于物體的重力物體對水平桌面的壓力為200N。[3]根據(jù)乙圖可知物體速度為；物體速度為0.2m/s。易錯清單判斷平衡力和相互作用力★易錯預(yù)警平衡力和相互作用力都具有等大、反向、共線的特點，但它們的作用對象、作用時間、作用效果、力的性質(zhì)均不同。平衡力和相互作用力的最大區(qū)別是兩個力是否作用在同一物體上，平衡力“同體”，即不同的力作用在同一物體上使物體保持平衡狀態(tài)；相互作用力“異體”，即它們分別作用在不同物體上，作用效果一般不同。典例十三：對于靜止在水平軌道上的“復(fù)興號”列車。下列分析中正確的是（）。A．列車所受重力和鐵軌對列車的支持力是一對平衡力；B．列車對鐵軌的壓力和鐵軌對列車的支持力是一對平衡力；C．列車所受重力和列車對鐵軌的壓力是一對相互作用力；D．列車所受重力和鐵軌對列車的支持力是一對相互作用力【答案】A。【解析】AD、列車所受的重力和鐵軌對列車的支持力，大小相等，方向相反，作用在同一條直線上，作用在同一個物體上，是一對平衡力，故A正確，D錯誤；B、列車對鐵軌的壓力和鐵軌對列車的支持力，作用在兩個不同的物體上，是一對相互作用力，不是平衡力，故B錯誤C、列車所受的重力和列車對鐵軌的壓力，方向都向下，所以不是相互作用力。故C錯誤；故選：A。中考清單1.探究二力平衡的條件；2.二力平衡條件的應(yīng)用★中考解析一探究二力平衡的條件探究二力平衡條件實驗，涉及到的實驗現(xiàn)象分析和實驗方案的比較。解答此類題目的關(guān)鍵是支點實驗設(shè)計存在的不足之處（小車與平面之間有摩擦），這是影響實驗?zāi)芊癯晒Φ囊粋€主要因素，因此為了減小摩擦力對實驗帶來的影響，可用卡片代替小車進行實驗。典例十四：（2022·江西?。┮咔槠陂g，停課不停學(xué)，某同學(xué)在媽媽的協(xié)助下，利用家中物品探究二力平衡的條件?！緦嶒炂鞑摹苛酪录軆蓚€、相同的礦泉水瓶若干、小卡片若干、細(xì)線、水、剪刀等?！驹O(shè)計實驗】如圖1所示（1）將小卡片兩側(cè)各系一根細(xì)線，再把細(xì)線的另一端分別穿過晾衣架；（2）將兩個礦泉水瓶分別綁在細(xì)線兩端，請媽媽用兩手各提起一個晾農(nóng)架，按照以下步驟進行實驗，觀察并記錄小卡片的受力及運動情況。【進行實驗】（1）如圖1所示，提起兩個裝有水量不等的礦泉水瓶；（2）如圖2所示，提起兩個裝有水量相等的礦泉水瓶，再將其中一只手逐漸放低，使小卡片傾斜至如圖3所示；（3）用剪刀把圖3中的小卡片從中間剪斷；（4）更換小卡片，重新組裝，如圖4所示，使小卡片扭轉(zhuǎn)一定的角度。實驗步驟小卡片所受二力情況小卡片的運動狀態(tài)是否改變是否作用在同一物體上大小方向是否作用在同一直線上（1）是不等相反是是（2）是相等相反是否（3）否——————（4）是相等相反①是請將表格中①的內(nèi)容補充到橫線上：①______；【結(jié)論】上述實驗表明，二力平衡的條件是：作用在同一物體上的兩個力，必須大小______，方向相反，并作用在