楊振合

一、二力平衡概念

如果物體在幾個(gè)力的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，我們就說(shuō)該物體處于平衡狀態(tài).物體處于平衡狀態(tài)時(shí)，受到平衡力的作用.若處于平衡狀態(tài)的物體只受到兩個(gè)力的作用，則這兩個(gè)力相互平衡，簡(jiǎn)稱(chēng)二力平衡.如靜止在桌面的茶杯，受到重力和支持力的作用，重力和支持力二力平衡；在平直公路上做勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)的汽車(chē)，豎直方向上重力和支持力二力平衡，水平方向上牽引力和摩擦阻力二力平衡.

二、探究二力平衡的條件

“探究二力平衡的條件”實(shí)驗(yàn)選用小卡片做實(shí)驗(yàn)，是因?yàn)樾】ㄆ闹亓h(yuǎn)小于鉤碼對(duì)卡片的拉力，所以小卡片的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響可以忽略不計(jì).在線(xiàn)的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個(gè)力方向相反，且在同一條直線(xiàn)上，當(dāng)兩端鉤碼數(shù)量相等時(shí)，小卡片靜止，即小卡片處于平衡狀態(tài)；當(dāng)兩端鉤碼數(shù)量不等時(shí)，小卡片向鉤碼數(shù)量多的一端加速運(yùn)動(dòng)，即小卡片不能平衡.這說(shuō)明相互平衡的兩個(gè)力大小相等.把小卡片轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，使小卡片受到的兩個(gè)拉力不在一條直線(xiàn)上，但大小相等、方向相反.松手后，小卡片轉(zhuǎn)動(dòng)，即小卡片不能平衡，這說(shuō)明相互平衡的兩個(gè)力在同一直線(xiàn)上.

解析 實(shí)驗(yàn)時(shí)，將系于小卡片兩對(duì)角的線(xiàn)分別跨過(guò)左右支架上的滑輪，在線(xiàn)的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個(gè)拉力方向相反，并通過(guò)調(diào)整鉤碼的數(shù)量來(lái)改變拉力的大小.當(dāng)兩端鉤碼數(shù)量相等時(shí)，小卡片平衡.當(dāng)小卡片平衡時(shí)，將小卡片轉(zhuǎn)過(guò)一個(gè)角度，松手后小卡片不能平衡，設(shè)計(jì)此實(shí)驗(yàn)步驟的目的是為了探究不在同一直線(xiàn)上的力能否平衡.為了驗(yàn)證只有作用在同一物體上的兩個(gè)力才能平衡，可進(jìn)行的操作是：把小紙片剪成兩半.小明選用木塊放在水平桌面上做實(shí)驗(yàn)，由于木塊與桌面間有摩擦力的作用，可能影響實(shí)驗(yàn)結(jié)果，而小卡片的重力遠(yuǎn)小于鉤碼對(duì)卡片的拉力，小卡片的重力對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響可以忽略不計(jì)，所以小華的實(shí)驗(yàn)優(yōu)于小明的實(shí)驗(yàn).

三、判斷二力平衡

當(dāng)作用在同一物體上的兩個(gè)力大小相等、方向相反且作用在同一直線(xiàn)上時(shí)，兩個(gè)力才能平衡，這就是二力平衡的條件.二力平衡條件概括為：同體、共線(xiàn)、等值、反向.“同體”指相互平衡的兩個(gè)力作用在同一物體上；“共線(xiàn)”指相互平衡的兩個(gè)力作用在同一直線(xiàn)上；“等值”指相互平衡的兩個(gè)力大小相等；“反向”指相互平衡的兩個(gè)力方向相反.判斷二力平衡，要從“同體、共線(xiàn)、等值、反向”四個(gè)條件作出判斷.判斷二力平衡時(shí)，要特別注意相互作用力與二力平衡的區(qū)別，一對(duì)相互作用力大小相等、方向相反、在同一直線(xiàn)上，但不是作用在同一物體上，如靜止放在課桌上的物理課本，物理課本對(duì)課桌的壓力與課桌對(duì)物理課本的支持力是一對(duì)相互作用力，而不是一對(duì)平衡力.

例4 茶杯靜止在水平桌面上，以下屬于一對(duì)平衡力的是（ ）.

A.茶杯受到的重力與茶杯對(duì)桌面的壓力

B.茶杯受到的重力與桌面對(duì)茶杯的支持力

C.茶杯對(duì)桌面的壓力與桌面對(duì)茶杯的支持力

D.茶杯受到的重力與桌子受到的重力

四、二力平衡的應(yīng)用

利用二力平衡知識(shí)，可以根據(jù)其中一個(gè)力的大小和方向判斷另一個(gè)力的大小和方向，如一個(gè)重為6N的蘋(píng)果靜止放在桌面上，蘋(píng)果的重力和桌面對(duì)蘋(píng)果的支持力是一對(duì)平衡力，所以桌面對(duì)蘋(píng)果的支持力為F=G=6N.也可以利用二力平衡條件判定物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài).若物體只受到兩個(gè)力的作用，并且滿(mǎn)足二力平衡時(shí)，則可以判定物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線(xiàn)運(yùn)動(dòng)狀態(tài).

解析 小球靜止，處于平衡狀態(tài)，在豎直方向上，重力和支持力二力平衡，所以桿對(duì)小球的作用力豎直向上，大小為mg.應(yīng)選A.