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3.5二力平衡的条件
学习目标
1.知道二力平衡的意义,能说出二力平衡时,物体可能处于静止状态,也可能处于匀速直线运动状态。
2.能说出一力平衡的条件以及物体运动状态变化的原因。
3.会应用二力平衡的知识分析、解决简单的问题。
02预习导学
一、二力平衡
(1)物体在受到两个力作用时,如果保持静止或匀速直线运动状态,我们就说这两个力彼此平衡。
(2)物体运动状态不变时的受力情况分析①可能不受到任何作用力。
根据牛顿第一定律可知:当物体不受任何外力作用时,物体将保持静
止或匀速直线运动状态，②可能受一对平衡力的作用。如果物体只受两个力的作用,且保持静止或勾速直线运动状态,则这两个力一定是一对平衡力。
③可能受多个力的作用,但合力为零。
二、二力平衡的条件
1.两个力作用在同一物体上,大小相等,方向相反,并且作用在同一条直线上。
2.平衡力和相互作用力的区别
二力平衡的条件是作用在同一物体上的两个力大小相等,方向相反，且作用在同一条直线上。其特点可概括为“同物、等大、反向、共线”物体间相互作用的两个力称为相互作用力,其特点可概括为“等大、反向、共线、异物”。
相互作用力是同时产生、同时消失的。而相互平衡的两个力则不同平衡力中的一个力不会因另一个力的存在而存在,也不随另一个力的消失而消失。
三、二力平衡条件的应用
物体的运动与受力情况密不可分,我们可以根据物体的受力情况来判断运动状态的改变,也可以根据物体运动状态的变化来分析物体的受力情况。二者的关系如下表所示:
物体受力条件
| 物体运动状态
| 说明
| 不受力、受平衡力(合力为 0)
| 静止或做匀速直线运动
| 力不是产生(维持)运动的原因
| 受非平衡力(合力不为
| 运动状态改变
| 力是改变物体运动状态的原因
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注意：
①力是改变物体运动状态的原因而不是维持物体运动的原因。
②物体不受力或受平衡力时,物体的运动状态保持不变(即保持静止或匀速直线运动状态);物体受单个力或非平衡力时,物体的运动状态一定改变。
③当物体运动状态不改变时，物体可能不受力、可能受平衡力;当物体运动状态改变时,物体一定受力,可能受单个力或非平衡力。
（二）即时练习：
【小试牛刀1】如图是足球运动员踢足球时的情景，下列说法正确的是（ ）
A．球被脚踢出去，说明只有球才受到力的作用
B．脚踢球使球飞出去，说明力是物体运动的原因
C．足球在空中飞行过程中，运动状态一定发生改变
D．空中飞行的足球，若它所受的力全部消失，它一定沿水平方向做匀速直线运动
【答案】C
【解答】解：
A、由于力的作用是相互的，球被脚踢出去的同时，脚受到球的反作用力。此选项错误；
B、脚踢球，使球飞出去，说明力可以改变物体的运动状态。此选项错误；
C、足球在空中运动过程中，受到竖直向下的重力与空气的阻力，这两个力不是平衡力，所以足球的运动状态一定发生改变。此选项正确；
D、空中飞行的足球，若它所受的力全部消失，它将保持原来的运动状态，沿原来的方向做匀速直线运动。此选项错误。
故选：C。
【小试牛刀2】如图，放在粗糙水平面上的木箱，受到两个水平拉力F1、F2的作用，下列分析正确的是（ ）
A．若木箱保持静止状态，则F1一定等于F2
B．若木箱保持静止状态，则F1一定小于F2
C．若木箱向右做匀速直线运动，则F1一定等于F2
D．若木箱向左做匀速直线运动，则F1一定大于F2
【答案】D
【解答】解：AB、当物体静止在水平面上，物体可能有运动的趋势，可能没有运动趋势。当物体没有运动趋势时，水平方向上只受两个水平拉力F1、F2作用，这两个力是平衡力，大小一定相等；当物体有运动趋势时，此时物体受到拉力F1、F2和摩擦力作用，这三个力是平衡力，F1一定不等于F2．可能F1大，也可能F2大，故AB错误。
CD、当物体向右匀速直线运动时，物体受到向左的摩擦力，F2和F1、摩擦力是平衡力，则F2一定大于F1．
当物体向左匀速直线运动时，物体受到向右的摩擦力，F2和F1、摩擦力是平衡力，则F1一定大于F2．故C错误，D正确。
故选：D。
【小试牛刀3】如图所示，水平公路上向前行驶的汽车中，有一竖直悬挂的小球突然向后摆，以下说法正确的是（ ）
A．汽车一定在向前加速运动
B．汽车有可能在向前做匀速运动
C．汽车有可能在向前减速运动
D．小球此时惯性比静止时要大
【答案】A
【解答】解：ABC、竖直悬挂的小球开始随车一起向前运动，当汽车突然加速运动时，竖直悬挂的小球由于惯性仍保持原来的运动状态，所以会向后倾，故A正确、BC错误；
D、小球此时的质量和其静止时的质量相等，所以小球此时惯性和静止时一样大，故D错误。
故选：A。
03题型精讲
【题型一】平衡力的辨析
【典型例题1】如图为某同学练习引体向上时的情景。当该同学处于静止状态时，与他所受重力是一对平衡力的是（ ）
A．单杠受到的拉力 B．人受到的摩擦力
C．人对单杠的压力 D．单杠对人的拉力
答案：D
解析：AC、单杠受到的拉力、人对单杠的压力受力物体是单杠，与该同学所受重力的受力物体不同，不是平衡力，故AC错误；
B、人受到的摩擦力小于他所受的重力大小，大小不同，不是平衡力，故B错误；
D、由图可知，运动员在单杠上静止不动时，单杠对他的拉力和他受到的重力，大小相等，方向相反，作用在一条直线上，作用在一个物体上，是一对平衡力，故D正确。
故选：D。
【典型例题2】将文具盒放在水平桌面上的科学课本上，下列几种说法中正确的是（ ）
A．科学课本受到的重力和桌子对科学课本的支持力是一对相互作用力
B．文具盒受到的重力和文具盒对科学课本的压力是一对平衡力
C．由于文具盒和科学课本是静止的，所以它们没有惯性
D．文具盒对科学课本的压力和科学课本对文具盒的支持力是一对相互作用力
答案：D
解析：A、课本受到的重力和桌子对课本的支持力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故A错误；
B、文具盒受到的重力和文具盒对科学课本的压力作用在不同的物体上，不是一对平衡力，故B错误；
C、一切物体都有惯性，所以静止的文具盒和课本都有惯性，故C错误；
D、文具盒对科学课本的压力和科学课本对文具盒的支持力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在不同的物体上，是一对相互作用力，故D正确。
故选：D。
【对点训练1】静止在水平桌面上的书本受到重力和支持力的作用，下列说法正确的是（ ）
A．书本受到的重力和支持力是一对相互作用力
B．书本受到的重力和支持力是一对平衡力
C．桌面受到的压力和书本受到的支持力的作用点相同
D．桌面受到的压力和书本受到的支持力是一对平衡力
答案：B
解析：A、书本受到的重力和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A错误。
B、静止在水平桌面上的书本处于平衡状态，书本受到的重力和支持力符合二力平衡条件，是一对平衡力，故B正确。
C、桌面受到的压力作用在桌面上，书本受到的支持力作用在书本上，所以二力的作用点不相同，故C错误。
D、桌面受到的压力和书本受到的支持力是作用在不同物体上的两个力，所以不是一对平衡力，故D错误。
故选：B。
【题型二】二力平衡的应用
【典型例题3】
如图是利用每秒闪光30次的照相机装置拍摄到的4个物体运动的频闪照片，图中箭头表示物体运动方向，其中可能受平衡力作用的物体是（ ）
A．
B．
• C．
D．
答案：D
解析：A、物体在沿直线运动，但物体的速度逐渐增大，因此做加速直线运动，受到非平衡力，故A错误；
B、物体在沿直线运动，但物体的速度逐渐减小，因此做减速直线运动，受到非平衡力，故B错误；
C、物体运动方向在不断变化，处于非平衡状态，受到非平衡力，故C错误；
D、物体的运动方向和速度都不变，是匀速直线运动，受到平衡力，故D正确；
故选：D。
【典型例题4】第30届奥运会将于2012年7月27日在伦敦开幕，中国女排现正在紧张的备战中．下列与打排球有关的科学问题，其中说法不正确的是（ ）
A．发球后，球在运动过程中，仍受重力作用
B．传球后，球在上升到最高点时，处于平衡状态
C．扣球时，手感觉有点痛，说明力的作用是相互的
D．拦网时，球被弹回，说明力可以改变物体的运动状态
答案：B
解析：A.发球后，球在运动过程中只受重力作用，不再受到手对球的力的作用，故A正确；
B.球在上升到最高点时，只受重力作用，受到的力不是平衡力，故不处于平衡状态，故B错误；
C.扣球时，手给球一个力，球给手一个反作用力，所以手感觉有点痛，说明力的作用是相互的，故C正确；
D.拦网时，球受到了力，球被弹回，运动状态变了，说明了力可以改变物体的运动状态，故D正确。
故选：B。
【对点训练2】下列各种动作中，在水平地面上无法保持平衡的是（ ）
A．
B．
C．
D．
答案：C
解析：A、人受重力和支持力的作用，当二者共线时即可平衡，故A错误；
B、体操运动员受重力、支持力和球的压力作用，当三个力作用在同一直线上时即可平衡，故B错误；
C、人受到的重力和地面对脚的支持力作用，由图可知支持力和重力的作用线不可能在同一直线上，所以健身者在这两个力的作用下不可能平衡，故C正确；
D、人此时所受重力和支持力在同一直线上，能够平衡，故D错误；
故选：C。
04体系构建
05记忆清单
平衡力和相互作用力的区别
二力平衡的条件是作用在同一物体上的两个力大小相等,方向相反，且作用在同一条直线上。其特点可概括为“同物、等大、反向、共线”物体间相互作用的两个力称为相互作用力,其特点可概括为“等大、反向、共线、异物”。
相互作用力是同时产生、同时消失的。而相互平衡的两个力则不同平衡力中的一个力不会因另一个力的存在而存在,也不随另一个力的消失而消失。
强化训练
1．（2023秋•慈溪市期末）2022年10月，某校用无人机拍摄运动会开幕式全景，如图为用于航拍的无人机，不计无人机受到的浮力，下列说法正确的是（ ）
A．悬停在空中的无人机对地球没有作用力
B．无人机在空中匀速旋转时，无人机受到平衡力的作用
C．无人机加速上升时，空气对螺旋桨的作用力大于螺旋桨对空气的作用力
D．无人机悬停在空中时，空气对螺旋桨的作用力与无人机受到的重力是一对平衡力
答案：D
解析：A、悬停在空中的直升飞机受到重力的作用，而重力的施力物体是地球，由于力的作用是相互的，所以悬停在空中的直升飞机对地球也有力的作用，故A错误；
B、无人机在空中匀速旋转时，运动方向发生改变，无人机受到非平衡力的作用，故B错误；
C、无人机加速上升时，空气对螺旋桨的作用力大于无人机的重力，故C错误；
D、无人机悬停在空中时，空气对螺旋桨的作用力与无人机受到的重力大小相等、方向相反、在同一直线上、作用于同一物体上，是一对平衡力，故D正确。
故选：D。
2．（2024•瑞安市模拟）无人机运输物资是疫情期间非常常用的一种方式。如图为挂有重物的无人机，无人机定点悬停时，下列说法正确的是（ ）
A．无人机的重力与空气的推力是一对平衡力
B．无人机的重力与空气的推力是相互作用力
C．重物的重力与绳子对重物的拉力是一对平衡力
D．重物的重力与绳子对重物的拉力是相互作用力
答案：C
解析：A、空气的推力大小等于无人机与重物的重力之和，因此，无人机的重力与空气的推力大小不同，不是一对平衡力，故A错误；
B、无人机的重力与空气的推力作用在同一物体上，且大小不同，因此不是一对相互作用力，故B错误；
CD、重物的重力与绳子对重物的拉力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，不是相互作用力，故C正确、D错误。
故选：C。
3．（2023秋•江北区校级期中）下列说法中，正确的是（ ）
A．任何形状规则的物体，它的重心都在其几何中心上
B．两个力的三要素完全相同，这两个力一定是平衡力
C．物体在平衡力的作用下，其运动状态保持不变
D．某物体从滑梯上滑下的过程中，其速度增大，惯性增大
答案：C
解析：A、质量分布均匀、形状规则的物体重心在其几何中心，故A错误；
B、两个力的三要素完全相同，说明力的方向也相同，不符合二力平衡的条件，肯定不是平衡力，故B错误；
C、平衡力即合力为零，故物体的运动状态不会改变，故C正确；
D、物体滑下时，速度增大，但惯性是保持不变的，故D错误。
故选：C。
4．（2023春•温州期中）学校组织了“文史理不分家”的跨学科项目化学习，让同学们通过收集资料的过程进一步提高对于力学的认识和思考。
踢毽子起源于汉代，《事物纪原》记载：“今小儿以铅锡为钱，装以鸡羽，呼为毽子，三四成群走踢……”.毽子被踢出后的运动轨迹如图所示，则毽子（ ）
A．在上升过程中受到平衡力的作用
B．上升到最高点时受到平衡力的作用
C．在下落过程中受到平衡力的作用
D．在落地后受到平衡力的作用
答案：D
解析：AC、毽子在上升和下落过程中运动方向和速度不断变化，处于非平衡状态，受到非平衡力的作用，故AC错误；
B、毽子上升到最高点时，只受重力作用，所以受力不平衡，故B错误；
D、毽子在落地后，处于静止状态，所以受平衡力作用，故D正确。
故选：D。
5．（2023•永康市校级三模）如图所示是利用鸟嘴停在手指的一种玩具平衡鸟。平衡鸟静止时，下列说法正确的是（ ）
A．手指对鸟嘴支持力的方向竖直向下
B．平衡鸟对手指的压力大于它的重力
C．平衡鸟静止时处于平衡状态
D．鸟嘴受到的支持力和平衡鸟的重力是一对相互作用力
答案：C
解析：A、手指对鸟嘴支持力的方向与压力方向相反，是竖直向上的，故A错误；
B、平衡鸟对手指的压力与它的重力是一对相互作用力，二者大小相等，故B错误；
C、平衡鸟静止时处于平衡状态，故C正确；
D、鸟嘴受到的支持力和平衡鸟的重力大小相等、方向相反、作用在同一直线上、作用在同一物体上，是一对平衡力，故D错误。
故选：C。
6.（2023春•玉环市校级月考）排球是我市中考的一项体育测试项目，关于排球离开手后继续上升过程，下列分析正确的是（ ）
A．到达最高点时受力平衡
B．受到的重力越来越大
C．排球到达最高点时外力全部消失，排球将保持静止状态
D．排球受到惯性作用
答案：C
解析：A、排球到达最高点时只受重力的作用，受力不平衡，故A错误；
B、排球的质量不变，受到的重力也不会改变，故B错误；
C、排球到达最高点时外力全部消失，根据牛顿第一定律，排球将保持静止状态，故C正确；
D、惯性是物体的一种性质，不能说受到惯性作用，故D错误。
故选：C。
7．（2021秋•宁波期中）下图中物体所受到的两个力是一对平衡力的是（ ）
A．
B．
C．
D．
答案：C
解析：AB、由图示可知，两个力不在同一条直线上，所以两个力不是一对平衡力，故AB错误；
C、由图示可知，两个力大小相等、方向相反、作用在一条直线上、作用在一个物体上，是一对平衡力，故C正确；
D、由图示可知，两个力的大小不相等，不是一对平衡力，故D错误。
故选：C。
8．（2020春•乐清市期中）如图所示，电线下吊着一盏灯，下列各对力中属于平衡力的是（ ）
A．电线对电灯的拉力和电灯对电线的拉力
B．电灯的重力和电灯对电线的拉力
C．电线对电灯的拉力和电灯的重力
D．电灯的重力和电灯对地球的吸引力
答案：C
解析：A、电线对电灯的拉力和电灯对电线的拉力作用在不同的物体上，不是一对平衡力，故A错误；
B、电灯对电线的拉力和电灯受到的重力作用在不同的物体上，不是一对平衡力，故B错误；
C、电线对电灯的拉力和电灯受到的重力大小相等、方向相反、作用在同一个物体上、且作用在同一条直线上，是一对平衡力，故C正确；
D、电灯的重力和电灯对地球的吸引力作用在不同的物体上，不是一对平衡力，故D错误。
故选：C。
9．（2023•西湖区模拟）如图所示，放在粗糙水平面上的木箱，受到两个水平拉力F1、F2作用，F1的方向向左，F2的方向向右，下列分析正确的是（ ）
A．若木箱保持静止状态，则 F1 一定等于F2
B．若木箱向右做匀速直线运动，则 F1 一定大于F2
C．若木箱向右做匀速直线运动，则 F1 一定等于F2
D．若木箱向右做匀速直线运动，则 F1 一定小于F2
答案：D
解析：A、当物体静止在水平面上，物体可能有运动的趋势，可能没有运动趋势。当物体没有运动趋势时，水平方向上只受两个水平拉力F1、F2作用，这两个力是平衡力，大小一定相等；当物体有运动趋势时，此时物体受到拉力F1、F2和摩擦力作用，这三个力是平衡力，F1一定不等于F2．说法错误，不符合题意。
BCD当物体向右匀速直线运动时，物体受到向左的摩擦力，F2和F1、摩擦力是平衡力，则F2一定大于F1．D说法正确，符合题意。BC说法错误，不符合题意。
故选：D。
10．（2023春•金东区期中）图甲所示，放在水平地面上的物体，受到方向不变的水平推力F的作用，F的大小与时间t的关系和物体运动速度v与时间t的关系如图乙所示。
（1）由图像可知，物体处于平衡状态的时间段是 。
（2）物体在4～5秒这段时间内共运动了 米。
答案：（1）0～2s和4～6s；（2）4。
解析：（1）由v﹣t图像可知，0～2s物体静止，2～4s物体做加速运动，4～6s物体做匀速直线运动，故物体处于平衡状态的时间段是0～2s和4～6s。
（2）由（1）支知4～6s物体做匀速直线运动，速度大小为4m/s，
则根据v＝可得，4～5秒这段时间内物体共运动的路程s＝vt＝4m/s×1s＝4m。
故答案为：（1）0～2s和4～6s；（2）4。
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