劉珍珍 華慶富

二力平衡是力與運(yùn)動(dòng)關(guān)系知識(shí)板塊的重要組成部分，探究二力平衡的條件實(shí)驗(yàn)，涉及器材的選擇及原因、實(shí)驗(yàn)操作中細(xì)節(jié)處理，以及實(shí)驗(yàn)結(jié)論的分析與歸納，對(duì)于科學(xué)探究這一物理核心素養(yǎng)的要求比較高。

[實(shí)驗(yàn)要點(diǎn)]

探究二力平衡的條件實(shí)驗(yàn)需要注意以下幾點(diǎn)。（1）實(shí)驗(yàn)中桌面的摩擦、滑輪與細(xì)繩的摩擦無(wú)法忽略，因此可以選取較光滑的接觸面和質(zhì)量輕一些的小車。

（2）實(shí)驗(yàn)中應(yīng)選取質(zhì)量較大的砝碼，使兩個(gè)拉力盡量大些，以削弱摩擦力的影響。

（3）二力平衡的條件分別為：二力大小相等、方向相反、作用在同一個(gè)物體上、作用在同一條直線上，即“等值、反向、同體、共線”。因?yàn)樗膫€(gè)因素影響著一個(gè)結(jié)果，所以在探究二力平衡的條件時(shí)，要采用控制變量法：即探究某一個(gè)條件時(shí)，改變這個(gè)條件，控制其他三個(gè)條件不變。

（4）驗(yàn)證互相平衡的兩個(gè)力需要作用在同一條直線上時(shí)，可以把小車扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度后松手，觀察小車是否能夠處于平衡狀態(tài)。

（5）驗(yàn)證二力平衡的兩個(gè)力需要作用在同一物體上時(shí)，可以把小車某一邊掛著重物的細(xì)線剪斷，觀察小車是否能夠處于平衡狀態(tài)（如果用懸空小卡片代替小車，則可以從中間剪斷小卡片）。

[實(shí)驗(yàn)拓展]

（1）實(shí)驗(yàn)中選擇小車而不是木塊，是為了利用變滑動(dòng)為滾動(dòng)進(jìn)一步減小桌面對(duì)小車的摩擦力。還可以用懸空小卡片代替小車，來(lái)更大程度地減小摩擦力的影響。

（2）如圖1所示的實(shí)驗(yàn)中往往會(huì)出現(xiàn)這樣的問(wèn)題：左右兩邊的拉力并不相等。比如開(kāi)始時(shí)左、右盤中都沒(méi)有放砝碼，依靠?jī)蓚€(gè)相同的托盤產(chǎn)生的相等拉力使得小車保持靜止。接著在左盤中加一個(gè)很小的物體，結(jié)果小車仍然保持靜止，于是有的同學(xué)就會(huì)認(rèn)為，互相平衡的兩個(gè)力不需要相等。造成這個(gè)錯(cuò)誤結(jié)論的原因是什么呢？原來(lái)是隱藏的摩擦力在悄悄地干擾你，圖1中的小車在兩個(gè)相等的拉力作用下保持靜止?fàn)顟B(tài)，沒(méi)有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，因此不受桌面的摩擦力，而圖2中的小車受到的水平向左的拉力大于水平向右的拉力，因此小車有水平向左運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，此時(shí)桌面對(duì)小車產(chǎn)生了水平向右的摩擦力f，而這個(gè)摩擦力是看不到的。

[能力提升]

例1（2020·浙江·臺(tái)州）為研究作用在物體上的兩個(gè)力滿足什么條件時(shí)，才能使物體處于平衡狀態(tài)，進(jìn)行如下實(shí)驗(yàn)。

（1）選用輕薄塑料片作為圖3實(shí)驗(yàn)研究對(duì)象的原因是______________________。

（2）將圖3中靜止的研究對(duì)象轉(zhuǎn)到虛線位置，松手后發(fā)現(xiàn)研究對(duì)象發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)。據(jù)此可以得出結(jié)論：作用在物體上的兩個(gè)力需要滿足的條件是___________，物體才處于靜止?fàn)顟B(tài)。

（3）如圖4，若啟動(dòng)電動(dòng)機(jī)繼續(xù)進(jìn)行研究：當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)與物體重力大小相等時(shí)，觀察物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài);當(dāng)彈簧測(cè)力計(jì)示數(shù)與物體重力大小不相等時(shí)，再觀察物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。繼續(xù)這項(xiàng)研究的目的是______________________。

答案：（1）減小研究對(duì)象的自重對(duì)實(shí)驗(yàn)的影響? ?（2）在同一直線上? ?（3）探究作用在物體上的兩個(gè)力滿足什么條件，物體才能保持勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

例2（2020·湖南·常德）在探究“二力平衡條件”的實(shí)驗(yàn)中，實(shí)驗(yàn)裝置如圖5所示。

（1）實(shí)驗(yàn)時(shí)，向左盤和右盤同時(shí)放入等重的砝碼，這時(shí)木塊保持靜止，說(shuō)明一對(duì)平衡力的______________________。但小明在實(shí)驗(yàn)時(shí)發(fā)現(xiàn)，若向左盤和右盤同時(shí)放入不等重的砝碼時(shí)木塊仍然保持靜止?fàn)顟B(tài)，則產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因是______________________。

（2）現(xiàn)保持F1與F2相等，將木塊換成小車，然后扭轉(zhuǎn)一個(gè)角度，松手后，小車將______________________，設(shè)計(jì)這一步驟的目的是為了驗(yàn)證相互平衡的兩個(gè)力一定______________________。

（3）如果將木塊換成彈簧測(cè)力計(jì)，左右兩盤各放入重5 N的砝碼，則彈簧測(cè)力計(jì)的示數(shù)為_(kāi)_____________________。

A. 10 N? ? ? ? ? B. 5 N? ? ? ? ? C. 0 N

答案：（1）大小相等? ?木塊與桌面間存在摩擦力? ?（2）轉(zhuǎn)動(dòng)回來(lái) 在同一直線上? ?（3）B