1.课堂上老师和同学们用如图所示的装置一起探究二力平衡的条件,下面是他们的探究过程,请回答下列问题。

(1)如图甲所示,小车虽然在竖直方向上还受两个力,但因为这两个力
(2)如图甲所示,如果左、右两侧各放50 g的砝码,松手后看到的现象是
(3)如图乙所示,两侧放的砝码质量相同,将小车扭转一个角度,松手后看到小车将重新回到两条线
(1)如图甲所示,小车虽然在竖直方向上还受两个力,但因为这两个力
相互平衡
,我们可以认为小车只受到水平方向上的两个力作用。如果左侧放50 g砝码,右侧放100 g砝码,松手后看到的现象是小车向右运动
。(2)如图甲所示,如果左、右两侧各放50 g的砝码,松手后看到的现象是
小车静止
;如果改变小车的位置再次松手,看到的现象是小车仍静止
。(3)如图乙所示,两侧放的砝码质量相同,将小车扭转一个角度,松手后看到小车将重新回到两条线
在同一直线上
的位置并再次平衡。答案
1.(1)相互平衡 小车向右运动 (2)小车静止 小车仍静止 (3)在同一直线上
解析
【分析】本题通过实验探究二力平衡的条件,需结合二力平衡的四个核心条件(作用在同一物体、大小相等、方向相反、作用在同一直线)分析各实验现象:先明确竖直方向力的平衡可忽略,再根据砝码质量判断水平拉力大小,进而推导小车运动状态;扭转小车的操作用于验证“二力需作用在同一直线”这一条件。
【解析】
(1) 小车竖直方向受重力和桌面的支持力,这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线、作用在同一物体上,因此相互平衡,可认为小车仅受水平方向的两个力。左侧砝码质量50g,右侧100g,水平方向拉力$F_1 < F_2$,合力向右,故松手后小车向右运动。
(2) 两侧各放50g砝码时,水平方向拉力$F_1=F_2$,方向相反且作用在同一直线上,满足二力平衡条件,因此小车静止。改变小车位置后,两个力仍满足二力平衡的条件,故松手后小车仍静止。
(3) 将小车扭转一个角度后,两个拉力不再作用在同一直线上,不满足二力平衡条件,松手后小车会转动,直到两个力重新回到同一直线上,再次平衡。
【答案】(1)相互平衡;小车向右运动 (2)小车静止;小车仍静止 (3)在同一直线上
【知识点】二力平衡的条件,力的平衡
【点评】本题是探究二力平衡条件的基础实验题,通过具体操作帮助理解二力平衡的四个要素,属于力学基础知识点,难度较低,学生易掌握。
【难度系数】0.6
【解析】
(1) 小车竖直方向受重力和桌面的支持力,这两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线、作用在同一物体上,因此相互平衡,可认为小车仅受水平方向的两个力。左侧砝码质量50g,右侧100g,水平方向拉力$F_1 < F_2$,合力向右,故松手后小车向右运动。
(2) 两侧各放50g砝码时,水平方向拉力$F_1=F_2$,方向相反且作用在同一直线上,满足二力平衡条件,因此小车静止。改变小车位置后,两个力仍满足二力平衡的条件,故松手后小车仍静止。
(3) 将小车扭转一个角度后,两个拉力不再作用在同一直线上,不满足二力平衡条件,松手后小车会转动,直到两个力重新回到同一直线上,再次平衡。
【答案】(1)相互平衡;小车向右运动 (2)小车静止;小车仍静止 (3)在同一直线上
【知识点】二力平衡的条件,力的平衡
【点评】本题是探究二力平衡条件的基础实验题,通过具体操作帮助理解二力平衡的四个要素,属于力学基础知识点,难度较低,学生易掌握。
【难度系数】0.6
2. 质量为2 kg的物体,静止悬挂在绳子上,绳子对物体的拉力是多少牛?若提拉物体使它匀速向上运动时,拉力又是多少?(g取10 N/kg,不计空气阻力)
答案
2. 物体受到的重力:
$G=mg=2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=20\ \mathrm{N}$
物体静止时受力平衡,此时绳子对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,故:
$F_{\mathrm{拉}}=G=20\ \mathrm{N}$
物体匀速向上运动时受力平衡,此时绳子对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,故:
$F_{\mathrm{拉}}'=G=20\ \mathrm{N}$
$G=mg=2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=20\ \mathrm{N}$
物体静止时受力平衡,此时绳子对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,故:
$F_{\mathrm{拉}}=G=20\ \mathrm{N}$
物体匀速向上运动时受力平衡,此时绳子对物体的拉力和物体受到的重力是一对平衡力,故:
$F_{\mathrm{拉}}'=G=20\ \mathrm{N}$
解析
【分析】
要解决这个问题,首先利用重力公式计算物体的重力;再明确静止、匀速直线运动都是平衡状态,平衡状态下物体受力平衡,拉力与重力是平衡力,根据二力平衡条件,平衡力大小相等,即可求出两种情况下的拉力。
【解析】
1. 计算物体的重力:根据重力公式$G=mg$,代入$m=2\ \mathrm{kg}$,$g=10\ \mathrm{N/kg}$,可得$G=2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=20\ \mathrm{N}$;
2. 物体静止时,处于平衡状态,绳子对物体的拉力与物体重力是一对平衡力,根据二力平衡条件,拉力大小等于重力,即$F_{\mathrm{拉}}=G=20\ \mathrm{N}$;
3. 物体匀速向上运动时,仍处于平衡状态,绳子对物体的拉力与重力仍是一对平衡力,因此拉力大小不变,即$F_{\mathrm{拉}}'=G=20\ \mathrm{N}$。
【答案】
静止时拉力为20N,匀速向上运动时拉力为20N
【知识点】
重力计算、二力平衡
【点评】
本题考查重力计算和二力平衡的应用,属于初中力学基础题,重点考查学生对平衡状态的理解及二力平衡条件的运用,注重基础知识的掌握。
【难度系数】
0.4
要解决这个问题,首先利用重力公式计算物体的重力;再明确静止、匀速直线运动都是平衡状态,平衡状态下物体受力平衡,拉力与重力是平衡力,根据二力平衡条件,平衡力大小相等,即可求出两种情况下的拉力。
【解析】
1. 计算物体的重力:根据重力公式$G=mg$,代入$m=2\ \mathrm{kg}$,$g=10\ \mathrm{N/kg}$,可得$G=2\ \mathrm{kg}×10\ \mathrm{N/kg}=20\ \mathrm{N}$;
2. 物体静止时,处于平衡状态,绳子对物体的拉力与物体重力是一对平衡力,根据二力平衡条件,拉力大小等于重力,即$F_{\mathrm{拉}}=G=20\ \mathrm{N}$;
3. 物体匀速向上运动时,仍处于平衡状态,绳子对物体的拉力与重力仍是一对平衡力,因此拉力大小不变,即$F_{\mathrm{拉}}'=G=20\ \mathrm{N}$。
【答案】
静止时拉力为20N,匀速向上运动时拉力为20N
【知识点】
重力计算、二力平衡
【点评】
本题考查重力计算和二力平衡的应用,属于初中力学基础题,重点考查学生对平衡状态的理解及二力平衡条件的运用,注重基础知识的掌握。
【难度系数】
0.4
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