解讀“二力平衡”

汪應(yīng)榮

一、完整理解二力平衡的物理含義

物體在受到兩個力（或幾個力）作用時，如果保持靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，就說這兩個力（或幾個力）平衡。

例1 如圖1是投擲實心球的場景。下列情況中實心球受到平衡力作用的是（）

A.實心球在空中上升

B.實心球從空中下落

C.實心球在地上越滾越慢

D.實心球停在地面上

解析 從圖1中可以看出，選項A、B實心球在空中上升、下降時做曲線運動，選項C實心球做減速運動，只有選項D實心球停在地面上保持靜止?fàn)顟B(tài)，此時受到平衡力的作用，故本題正確選項是D。

點評 上面表述中，在“靜止?fàn)顟B(tài)”與“勻速直線運動狀態(tài)”間用的是“或”字，即物體的平衡狀態(tài)有兩種，一個物體在平衡力的作用下，既可能保持靜止?fàn)顟B(tài)，也可能保持勻速直線運動狀態(tài)。而物體到底保持兩種平衡狀態(tài)中的哪一種，關(guān)鍵取決于物體原來的運動狀態(tài)，原來靜止的物體，在平衡力的作用下，仍保持靜止?fàn)顟B(tài)；而原來運動的物體，在平衡力的作用下，會保持勻速直線運動狀態(tài)。

二、悉心體會二力平衡的實驗技巧

例2 如圖2甲是小華同學(xué)探究二力平衡條件時的實驗情景。

（1）小華將系于小卡片（重力可忽略不計）兩對角的線分別跨過左右支架上的滑輪，在線的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個拉力方向__________，并通過調(diào)整__________來改變拉力的大小。

（2）當(dāng)小卡片平衡時，小華將小卡片轉(zhuǎn)過一個角度，松手后小卡片____（選填“能”或“不能”）平衡。設(shè)計此實驗步驟的目的是為了探究______________________________________。

（3）為了驗證只有作用在同一物體上的兩個力才能平衡，在圖甲所示情況下，小華下一步的操作是：_______________________________________。

（4）在探究同一問題時，小明將木塊放在水平桌面上，設(shè)計了如圖2乙所示的實驗，實驗時，小明發(fā)現(xiàn)當(dāng)向左盤和右盤同時加入一個相等重量的砝碼時，木塊處于靜止?fàn)顟B(tài)。此時木塊在水平方向受到兩個力的作用，這些力是平衡的。小明再把右盤中的砝碼換成一個較重的砝碼后，發(fā)現(xiàn)木塊仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)，出現(xiàn)這種現(xiàn)象的原因是__________，這時木塊在水平方向受到的力__________（填“平衡”或“不平衡”）。要避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生，請你對該實驗裝置提出改進意見：________________________________________。

（5）同學(xué)們認(rèn)為小華的實驗優(yōu)于小明的實驗，其主要原因是（）

A.減少摩擦力對實驗結(jié)果的影響

B.小卡片是比較容易獲取的材料

C.容易讓小卡片在水平方向上保持平衡

D.小卡片容易扭轉(zhuǎn)

解析 （1）兩個鉤碼由于重力通過繩子對小卡片施加了兩個相反方向的拉力，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，因此通過調(diào)整鉤碼數(shù)量來改變拉力的大小。

（2）將小卡片轉(zhuǎn)過一個角度，因兩個拉力不在同一條直線上，因此松手后小卡片不能平衡。設(shè)計此實驗步驟的目的是為了探究不在同一條直線上的兩個力能否平衡。

（3） 為了驗證只有作用在同一物體上的兩個力才能平衡，可以將小卡片一刀剪成兩半，使拉力作用在兩個小卡片上。

（4）當(dāng)右盤中的砝碼換成一個較重的砝碼時，木塊受到向左的摩擦力；若發(fā)現(xiàn)木塊仍然處于靜止?fàn)顟B(tài)，這時木塊在水平方向受到的力仍平衡；要避免這種現(xiàn)象產(chǎn)生，將木塊換成小車，減小與桌面之間的摩擦力。

（5） 從上面分析可知，應(yīng)減少摩擦力對實驗結(jié)果的影響，故本小題正確選項是A。

三、全面掌握二力平衡的四個條件

二力平衡的條件：作用在同一物體上的兩個力，如果大小相等，方向相反，并且作用在同一條直線上，這兩個力就彼此平衡。簡而言之，判斷兩個力是不是一對平衡力，要看兩個力是否同時滿足“同物、等大、反向、共線”四個條件，四個條件缺一不可。

例3 一個物體同時受到兩個力的作用，這兩個力的三要素完全相同，那么這兩個力（ ）

A.一定是平衡力 B.可能是平衡力

C.一定不是平衡力 D.無法判斷

解析 力的三要素是指力的大小、方向和作用點。當(dāng)兩個力的三要素完全相同，則這兩個力大小相等、方向相同、兩力的作用線重合，顯然方向相同的兩個力不可能成為平衡力，所以本題中兩個力一定不是平衡力，故本題正確選項為C。

需要特別注意的是，等大、反向、共線的兩個力不一定是一對平衡力，如果這兩個力分別處在相互作用的兩個不同的物體上，是一對相互作用力。

為方便同學(xué)們辨別，現(xiàn)將平衡力與相互作用力區(qū)分如下：

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例4 物理課本放在水平桌面上，下列各對力中屬于平衡力的是（）

A.書受到的重力和書對桌面的壓力

B.書對桌面的壓力和桌面對書的支持力

C.書受到的重力和桌面對書的支持力

D.書對桌面的壓力和桌子受到的重力

解析 選項A中的兩個力，不符合“同物”“反向”兩個條件；選項D中的兩個力，不符合“反向”條件；選項B中的兩個力不符合“同物”條件，因此都不屬于一對平衡力。只有選項C中的兩個力，同時滿足二力平衡時的“同物、等大、反向、共線”四個條件，故本題正確選項是C。

四、靈活應(yīng)對二力平衡的變換題型

若物體在兩個力作用下處于靜止或勻速直線運動狀態(tài)，則二力為一對平衡力，若已知其中一個力的大小和方向，則可確定另一個力的大小和方向。

例5 一木塊受到大小均為12 N的一對平衡力作用而做勻速直線運動，如果這對平衡力的大小突然同時減小到10 N，則木塊（ ）

A.速度將會減小到原來的一半

B.按減小后的速度做勻速直線運動

C.仍按原來的速度做勻速直線運動

D.停止運動，處于靜止

解析 一對平衡力如果它們的大小突然同時減小到10 N，仍保持相等，則仍然是一對平衡力，那么原來運動的物體，在平衡力的作用下，還會保持原來的勻速直線運動狀態(tài)。保持原來的勻速直線運動狀態(tài)，指的是做勻速直線運動的物體保持原速度的大小和運動方向不變，故本題正確選項是C。