2021年中考物理微专题复习 专题07 二力平衡及其实验中考问题（教师版含解析）

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专题07  二力平衡及其实验问题知识点1：二力平衡：物体在受到两个力的作用时，如果能保持静止状态或匀速直线运动状态，那么这两个力相互平衡。知识点2：二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，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。知识点3：探究二力平衡条件实验     (1)在探究究二力平衡问题时，什么因素影响实验结果？答：摩擦力(2)你认为右图哪个实验更合理？答：甲，应为乙物体受到的摩擦力大，对实验效果影响大。(3)如何判断物体是否处于平衡状态？答：当物体保持静止或匀速直线运动状态时，都可以判定物体处于平衡状态．(4)实验中如何改变拉力的大小？答：通过改变砝码的个数，来改变对小车的拉力大小．(5)定滑轮有什么作用：答：改变拉力的方向(6)如何探究两个力作用在同一物体上？答：将纸板从中间剪开，观察纸板是否还处于平衡状态。(7)如何探究两个力在同一直线上：答：把纸板转动一个角度，然后松手，观察小车的运动状态．(8)实验结论：二力平衡条件：同体、等大、方向、共线。(9)实验方法：控制变量法(10)选择静止状态的原因：匀速运动状态不好控制。(11)进行多次实验的目的：得出普遍规律，避免偶然性。【例题1】(2020安徽)如图所示，一轻质弹簧(即重力不计)，上端挂在铁架台的水平横杆上，下端挂一重为G的小球并保持静止。图中分别出了该状态下小球和弹簧的受力示意图。下列判断正确的是(  )A. G与F3是一对平衡力B. G与F3是一对相互作用力C. F1与F2是一对平衡力D. F1与F2是一对相互作用力【答案】D【解析】重为G小球悬挂在铁架台水平横杆上，由图可知F 1是弹簧对小球的拉力，F2是小球对弹簧的拉力，F3是铁架台的水平横杆对弹簧的拉力；根据平衡条件可知，重力G与F1是一对平衡力，F2和F3是一对平衡力，F 1与F2是一对相互作用力，G与F3是既不是平衡力也不是相互作用力。故ABC错误，D正确。【对点练习】如图所示，物体A静止在水平桌面上，我们说物体A受到了平衡力的作用。下列观点正确的是 (　　)A．物体A对桌面的压力与物体A受到的重力是一对平衡力；  B．桌面对物体A的支持力与物体A受到的重力是一对平衡力；C．物体A对桌面的压力与桌面对物体A的支持力是一对平衡力；D．桌子受到的重力与物体A受到的重力是一对平衡力。【答案】B 【解析】一个物体受到两个力的作用，这两个力大小相等，方向相反，并且作用的一条直线上，我们就说这个物体受到平衡力的作用。反之，一个物体受到平衡力作用，这个物体就处于静止状态或者匀速直线运动状态。一对平衡力的特征一定是这两个力都同时作用在同一个物体上，还要满足大小相等，方向相反，在一条直线上。否则两个力不是一对平衡力。A．物体A对桌面的压力作用在桌子上，物体A受到的重力作用在物体A上，这两个力不是作用的同一个物体上，所以不是一对平衡力。选项A不符合题意；B．桌面对物体A的支持力作用在物体A上，竖直向上。物体A受到的重力作用在物体A上，竖直向下。两个力都作用在同一个物体A上，物体静止，这两个力大小相等，方向相反，是一对平衡力。选项B符合题意；C．物体A对桌面的压力作用在桌子上，桌面对物体A的支持力作用在物体A上，两个力不作用在一个物体上，不是一对平衡力.选项C不符合题意；D．桌子受到的重力作用在桌子上，物体A受到的重力作用在物体A上，两个力不是一对平衡力。选项D不符合题意.【例题2】(2020湖南常德)在探究“二力平衡条件”的实验中，实验装置如图所示。(1)实验时，向左盘和右盘同时放入等重的砝码，这时木块保持静止，说明一对平衡力的_____； 但小明在实验时发现，若向左盘和右盘同时放入不等重的砝码时木块仍然保持静止状态，则产生这一现象的原因是________；(2)现保持F1与F2相等，将木块换成小车，然后扭转一个角度，松手后，小车将________，设计这一步骤的目的是为了验证二力平衡时的两个力一定________；(3)如果将木块换成弹簧测力计，左右两盘各放入重5N的砝码，则弹簧测力计的示数为______。A．10N                   B.5N                   C.0N【答案】 (1) 大小相等   木块与桌面间存在摩擦力 (2) 转动回来   在同一直线上  (3) B【解析】(1)左盘和右盘同时放入等重的砝码，则木块左右两边所受的拉力的大小相等，能处于静止状态，所以能说明一对平衡力的大小相等。小明在实验时，放入左右盘的砝码并不等重，但木块仍能保持静止，是因为木块与桌面之间有摩擦，所以木块所受的左右两个拉力大小不等，但由于摩擦力的影响，还是能处于平衡状态。(2)将木块换成小车后，小车与桌面的摩擦力较小，小车所受的两个拉力大小虽然相等，但两个拉力的方向不在同一直线上，于是两个拉力让小车转回原位，所以二力平衡时，两个力大小要相等，方向也需要在同一直线上。(3)把木块换成弹簧测力计后，在左右盘中放入5N的砝码，则弹簧测力计所受的拉力为5N，所以其示数为5N，故B选项正确。  【对点练习】如图所示，是探究“二力平衡条件”的实验装置图。(1)实验时使用小车而不使用木块，是因为小车与桌面间的　   　更小，从而减小对实验结果的影响。(2)在实验开始时，由于粗心只在左盘中放入砝码，小车立即向左运动，在运动过程中，左盘中砝码的重力势能将　   　，动能将　   　。(选填“变大”、“变小”或“不变”)(3)当两个盘中分别放上两个相同的砝码后，小车静止在桌面上，这说明二力平衡时，两个力的大小　   　。【答案】(1)摩擦力；(2)变小；变大；(3)相等。【解析】(1)实验时使用小车而不使用木块，将滑动摩擦力变为滚动摩擦力，大大减小了摩擦，减小了摩擦对实验的影响；(2)小车向左运动过程中，左盘中砝码的质量不变，高度减小，重力势能将变小，砝码的速度增大，动能将变大；(3)当两个盘中分别放上两个相同的砝码后，由于砝码的重力相同，这两个力产生的拉力是一对平衡力，小车就能保持静止，说明彼此平衡的两个力大小相等。一、选择题1.(2020天津)一辆在水平道路上做匀速直线运动的汽车，它受到的平衡力有(　　)A. 一对 B. 二对 C. 三对 D. 四对【答案】B【解析】因汽车做匀速直线运动，处于平衡状态，受平衡力作用，在水平方向上，受牵引力和阻力的作用，两个力作用于汽车，大小相等，方向相反，作用于同一条直线，是一对平衡力；在竖直方向，受重力和水平面对汽车的支持力作用，两个力作用于汽车，大小相等，方向相反，作用于同一条直线，是一对平衡力；故汽车受二对平衡力的作用。2.(2020四川南充)汽车在公路上加速行驶，下列描述正确的是(　　)A. 汽车速度越大，汽车的惯性越大B. 汽车前行紧急刹车时，乘客身体将向后倾C. 汽车的牵引力与汽车受到的阻力是一对平衡力D. 汽车受到支持力与汽车对地面的压力是一对相互作用力【答案】D【解析】A．惯性与速度无关，只与质量有关，物体质量越大惯性越大，A错误；B．汽车前行紧急刹车时，由于乘客具有惯性，身体将向前倾，B错误；C．汽车在公路上加速行驶，汽车的牵引力大于汽车受到的阻力，因此汽车的牵引力与汽车受到的阻力是一对非平衡力，C错误；D．汽车受到的支持力与汽车对地面的压力是一对相互作用力，D正确。3.(2020湖北武汉)如图所示，将一把铁锁用绳子悬挂起来，把它拉到自己的鼻子附近，松手后铁锁来回摆动。下列说法正确的是(  )A. 摆动过程中，绳子对铁锁的拉力和铁锁对绳子的拉力是一对平衡力B. 摆动过程中，铁锁的运动状态一定发生变化C. 摆动过程中，绳子一定发生塑性形变D 若绳子突然断开，铁锁将做匀速直线运动【答案】B【解析】A．摆动过程中，绳子对铁锁的拉力和铁锁对绳子的拉力是相互作用力，故A错误；B．摆动过程中，铁锁的运动速度和运动方向在发生改变，即运动状态在发生改变，故B正确；C．摆动过程中，绳子发生弹性形变，故C错误；D．若绳子突然断开，铁锁由于重力作用，不处于平衡状态，故不做匀速直线运动，故D错误。4．(2020湖南衡阳)将不同质量的钢球从如图所示光滑轨道ABCD上的A点释放，通过水平面BC，运动到斜面CD上的过程中，下列相关解释中正确的有(　　)A．从A运动到B的过程中重力势能转化为动能 B．钢球在水平面BC上由于受到惯性，所以能继续向前运动 C．钢球在斜面CD上受到的重力和支持力不是一对平衡力 D．钢球的质量越大，到达B点时的速度越大【答案】AC【解析】A.从A运动到B的过程中，高度减小，速度变大，重力势能减小，动能变大，重力势能转化为动能，故A正确；B.钢球在水平面BC上由于具有惯性，所以能继续向前运动，惯性是一种性质，不能说受到惯性，故B错误；C.钢球在斜面CD上受到的重力和支持力没有在同一条直线上，不是一对平衡力，故C正确；D.从A点滑下，到达B点时，由于下降的高度相同，则速度相同，速度大小与质量无关，故D错误。5.(2020河北模拟)如图所示，小丽用力F把一才块压在竖直墙面上静止，现有以下受力分析，下述受力分析正确的是(  )①小丽对木块的压力F和墙对木块的弹力是一对平衡力②小丽对木块的压力F和木块的重力是一对平衡力③木块受到的摩擦力和木块的重力是一对平衡力④小丽对木块的压力F和木块对小丽的弹力是一对平衡力 A．只有①正确 B．只有④正确 C．只有①③正确 D．只有③④正确【答案】C【解析】木块处于静止，在竖直方向上受两个力而平衡，即重力和墙对木块的静摩擦力；木块在水平方向上受外力F和墙对木块的支持力，两个力是一对平衡力；平衡力作用在同一物体上，作用力和反作用力作用在不同的物体上。①小丽对木块的压力和墙对木块的弹力符合二力平衡的条件，是一对平衡力；②小丽对木块的压力和木块的重力不在同一直线上，不是一对平衡力；③木块受到的摩擦力和木块的重力满足二力平衡的条件，是一对平衡力；④小丽对木块的压力和木块对手的弹力是一对相互作用力，不是平衡力。6.(2020大庆模拟)如图所示，手握着瓶子处于竖直静止状态，下列叙述正确的是(   ) A．瓶子处于静止状态，不具有惯性B．手的握力越大，瓶子所受的摩擦力就越大C．瓶子受到竖直向上的摩擦力D．瓶子受到手的握力和重力是一对平衡力【答案】C【解析】一切物体都具有惯性，瓶子越重，瓶子处于静止状态，故A错误；瓶子保持静止，受力平衡，对瓶子受力分析，竖直方向上受重力和静摩擦力，二力平衡，因而静摩擦力等于重力，手握得越紧，油瓶与手之间的最大静摩擦力就会越大，但是静摩擦力不变，故B错误、C正确；手对瓶子的握力和瓶子所受的重力的作用线不在同一条直线上，所以不是平衡力，故D错误。7.(2020海南模拟)一重力为G的热气球竖直匀速上升时，它所受到的浮力为F，受到的空气阻力为f、下列关系正确的是(   )A.F>G-f        B. F=G+f    C.F<G+ f        D.F=G- f【答案】B【解析】根据物体分别处于静止、匀速下降、匀速上升都是平衡状态，所以受到拉力与重力是平衡力，利用二力平衡的条件可以求得热气球所受力的关系。热气球匀速上升时，受平衡力的作用，浮力的方向竖直向上，重力和阻力的方向竖直向下；则浮力F等于重力G与阻力f之和，即：F=G+f。8.(2020北部湾模拟)如图所示，完全相同的A、B两个长方体物块叠放在水平桌面上，用F＝20N的水平向右的力作用在A物块上，A、B一起向右做匀速直线运动，经过3s，两个物块一起移动了60cm的距离。下列相关说法中(　　)①物块B受到的重力和地面对B的支持力是一对平衡力②物块A对B的摩擦力大小是20N，方向向右③地面对B的摩擦力大小是20N，方向向右④拉力F的功率为4WA．只有①④正确 B．只有③④正确 C．只有①③正确 D．只有②④正确【答案】D【解析】①地面对B的支持力等于A和B的重力之和，故物块B受到的重力和地面对B的支持力大小不等，不是一对平衡力。故①错误。②以B为研究对象，B做匀速直线运动，处于平衡状态，受到平衡力的作用，而B受到地面对它的摩擦力作用，方向水平向左，所以物块A对B的摩擦力方向向右，大小是20N，故②正确。③A、B一起向右做匀速直线运动，则地面对B的摩擦力方向水平向左，根据二力平衡可得大小是20N．故③错误。④拉力F做的功：W＝Fs＝20N×0.6m＝12J，功率为P＝＝＝4W．故④正确。9.(2020济南模拟)如图所示，A、B两物块叠放在水平桌面上保持静止。图中分别给出了A、B的受力示意图。下列说法正确的是(   )  A. F2与GA、F1两个力的合力是一对作用力与反作用力  B. F1与F3是一对作用力与反作用力C. GA与F2是一对平衡力                            D. F2与F1是一对平衡力【答案】 B   【解析】由图知，A物块受到向上的支持力F2、向下的重力GA、B对A向下的压力F1；B物块受到向上的支持力F3和向下的重力GB  ，  A、以A为研究对象，A物块在水平桌面上保持静止，受力平衡；GA、F1两个力的合力方向向下，合力的大小GA+F1＝F2  ， 则可知F2与GA、F1两个力的合力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，均作用在A物块上，所以是一对平衡力，不是一对相互作用力，A不符合题意；B、B对A有向下的压力F1  ， 因力的作用是相互的，则A对B有向上的支持力F3  ， 所以F1与F3是一对作用力与反作用力，B符合题意；C、A物块处于静止状态，由图示和力的平衡条件可得：F2＝GA+F1  ， 则GA与F2的大小不等，所以GA与F2不是一对平衡力，C不符合题意；D、A物块处于静止状态，由力的平衡条件可得：F2＝GA+F1  ， 则F2与F1的大小不等，所以F2与F1不是一对平衡力，D不符合题意。10.(2020天津模拟)如图，“和谐号”动车满成旅客从成都东站缓缓驶出前往西安。下列说法正确的是(   )   A.坐在列车上的乘客相对于车站是静止的B.列车由静止变为运动.列车的惯性减小了C.列车受到的牵引力和铁轨对它的支持力是平衡力D.列车加速前进时,它受到的牵引力大于它受到的阻力【答案】D【解析】乘客和车站的位置发生了变化，乘客是运动的。惯性只与质量有关，速度无关。牵引力在水平方向，支持力在竖直方向，二者没有关系。加速运动，合力与速度方向一致，牵引力大于阻力。二、填空题11．(2020长春模拟)物块A静止在粗糙程度均匀的水平桌面上，如图甲所示，物块A受到水平拉力F的作用，拉力F随时间t变化关系如图乙所示。小萍从t=0开始，每隔2s记录一次物块A的位置(用“•”表示物块A)，如图丙所示，6s～12s内物块所受的摩擦力为　　N，10s～14s内物块的平均速度为　　cm/s。【答案】6；5.5。【解析】(1)由图丙知，12s～18s内物块在相同时间内通过的路程相等，所以此时间内物块做匀速直线运动，物块受到的摩擦力为滑动摩擦力，由图乙可知此时的拉力F=6N，由二力平衡条件可得，滑动摩擦力f=F=6N；由图丙可知，6～10s内，物块处于运动状态，物块受到的摩擦力为滑动摩擦力，滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度、物体间的压力大小有关，由于接触面的粗糙程度与物体间的压力都不变，所以滑动摩擦力大小不变，即6s～12s内物块所受摩擦力仍等于6N；(2)由图丙知，10s～14s内物块的平均速度：v===5.5cm/s。12．(2020齐齐哈尔模拟)重为40N的物体放在水平地面上，在15N水平拉力作用下做匀速直线运动，物体受到的摩擦力为　　N，当拉力增大为20N时，该物体受到的摩擦力为　　N．【答案】15；15．【解析】(1)物体处于静止或匀速直线运动状态时，受到的力是平衡力；(2)二力平衡的条件：两个平衡力的大小相等，方向相反，作用在同一物体上，作用在同一直线上；(3)摩擦力的大小和压力接触面的粗糙程度有关，与推力大小无关．物体在15N水平拉力作用下做匀速直线运动，所以物体处于平衡状态，因此推力和摩擦力是一对平衡力，大小相等，即f=F=15N；当推力增加为20N时，压力和接触面的粗糙程度都没变，所以摩擦力仍为15N．三、实验探究题13. (2020云南模拟)小明在探究“二力平衡”条件的实验中，设计了如图所示的两种实验方案。
      (1)通过实验比较，小明发现采用方案乙，实验效果更好，原因是            。(2)该实验装置中，木板两端的定滑轮的作用是                。(3)保持两盘中砝码质量相等，把小车在水平桌面上扭转一个角度，放手后观察到小车转动，最后恢复到静止状态。这个实验现象说明:作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且       ，这两个力才能彼此平衡。小明在探究完“二力平衡”条件的实验后，又利用该装置进行探究，剪断小车左边的细线后，小车由静止向右运动，此现象说明力可以改变物体的          。【答案】(1)滚动摩擦力小于滑动摩擦力，减小了摩擦力对实验的影响；(2)能改变作用力的方向；(3)作用在同一条直线上；(4)运动状态。【解析】做实验时滑动摩擦力大于滚动摩擦力，摩擦力对实验影响较大。在探究二力平衡的条件实验中，其中定滑轮的作用是改变力的方向；分析实验现象可知，当两个力大小相等、方向相反时、作用在同一直线上、作用在同一物体上时，两个力平衡。力的作用效果为：可以改变物体的形状，也可以改变物体的运动状态。(1)通过实验比较，小明发现采用方案乙，实验效果更好，原因是滚动摩擦力小于滑动摩擦力，减小了摩擦力对实验的影响；(2)该实验装置中，木板两端的定滑轮的作用是能改变作用力的方向；(3)保持两盘砝码质量相等(即让两边的拉力相等)，把木块扭转一个角度，使拉力F1和F2不再同一条直线上，观察到木块发生转动，当木块重新恢复到原来的静止状态时，拉力F1和F2作用在同一条直线上；这个实验现象说明：作用在同一物体上的两个力，大小相等，方向相反，并且作用在同一条直线上，这两个力才能彼此平衡。(4)小明在探究完“二力平衡”条件的实验后，又利用该装置进行探究，剪断小车左边的细线后，小车由静止向右运动，小车受力不再平衡，此现象说明力可以改变物体的运动状态。14.(2020山西模拟)如图甲所示，是小华探究“二力平衡条件”的实验。   (1)装置中使用定滑轮是利用它能够__________的特点。(2)当左、右两盘中的砝码质量_________(选填“相等”或“不相等”)时，桌面上的小车处于静止状态，此时小车受到________对平衡力的作用。(3)小车处于静止后，保持F1与F2的大小不变，将小车扭转到如图乙所示的位置，松手后，小车将____(选填“保持静止”或“扭转回来”)。这一步骤说明二力平衡时，要满足二个力在______上的条件。【答案】(1)改变力的方向 (2)相等   两 (3)扭转回来   同一直线【解析】(1)装置中使用定滑轮是利用它能够改变力的方向的特点；(2)当左、右两盘中的砝码质量相等时，小车才能保持静止状态；在竖直方向，小车受重力和支持力，在水平方向，小车受两边细绳的拉力，所以受到两对平衡力(3)将小车扭转到如图2所示的位置，两个拉力不在同一直线上，不能平衡，所以会扭转回来；这一步骤说明二力平衡时，要满足二个力在同一直线上．15.(2020湖北宜昌模拟)如图所示，是小华同学探究二力平衡条件的实验情景。实验步骤如下：(1)将系于小卡片(重力可忽略不计)两个对角的细线分别跨过支架上的滑轮，在细线的两端挂上钩码，使作用在小卡片的两个拉力方向相反。(2)保持两个拉力在同一直线上，调整细线两端的钩码，当两端钩码的质量___________时，小卡片平衡，如图A所示。(3)将图A中的小卡片转过一个角度，并保持两个拉力方向相反，如图B所示，松开手后小卡片_____平衡(选填“能”或“不能”)。(4)当小卡片平衡时，用剪刀沿虚线剪断小卡片(如图C所示)，发现小卡片不能保持平衡．本实验采用的实验方法是：__________。【答案】(2)相等(3)不能(4)控制变量法【解析】(2)如图A所示：保持两个拉力在同一直线上，调整细线两端的钩码，当两端钩码的质量相等时，小卡片受平衡力作用，即小卡片平衡；(3)将图A中的小卡片转过一个角度，并保持两个拉力方向相反，如图B所示，松开手后小卡片不能 平衡；(4)该实验采用了控制变量法．【点拨】(2)钩码由于重力的作用，会对小卡片施加一个拉力的作用，左端的钩码对小卡片施加一个向左的拉力，右端的钩码对小卡片施加了一个向右的拉力，拉力的大小等于钩码的重力；(3)小卡片转过一个角度，小卡片上受到的两个拉力就不在一条直线上，是验证不在同一直线上两个力是否平衡；(4)物理学中对于多因素的问题，常常采用控制因素的方法，把多因四、计算题16.(2019安徽)如图，水平地面上一个重为50N的物体，在大小为10N的水平拉力下作用下，向左做匀速直线运动，在5s的时间内通过的距离为2m。求物体运动过程中：  (1)所受摩擦力的大小；    (2)拉力F做功的功率。    【答案】见解析。【解析】(1)解：用10N的水平拉力，拉着物体向左做匀速直线运动，物体处于平衡状态，则地面对物体的摩擦力与拉力是一对平衡力，大小相等，故f＝F＝10N   答：所受摩擦力的大小为10N
(2)解：拉力F做的功：W＝Fs＝10N×2m＝20J，   拉力F做功的功率：P＝W/t ＝20J/5s＝4W答：拉力F做功的功率为4W．