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1 [2024 甘肃兰州期中,中]小明在探究“二力平衡的条件”的实验中,使用的器材如图所示。他写的实验报告(摘要)如下,请你将报告补充完整。
实验目的:通过探究,知道二力平衡的条件。
实验原理:两个力作用在处于平衡状态的物体上,如果物体保持
实验方法:
实验装置:如图所示。
实验数据:如表所示,表格中“▲”处应填
实验总结:
作用在同一个物体上的两个力大小
实验目的:通过探究,知道二力平衡的条件。
实验原理:两个力作用在处于平衡状态的物体上,如果物体保持
静止
或匀速直线运动
状态,则这两个力的作用效果相互抵消(合力为0),我们就说这两个力平衡。实验方法:
控制变量
法。实验装置:如图所示。
实验数据:如表所示,表格中“▲”处应填
小车的运动状态是否改变
。实验总结:
作用在同一个物体上的两个力大小
相等
,方向相反
,且作用在同一直线上
,这两个力就彼此平衡。答案
1. 静止 匀速直线运动 控制变量 小车的运动状态是否改变 相等 相反 同一直线上
【解析】实验原理:静止的物体和做匀速直线运动的物体都处于平衡状态;两个力作用在处于平衡状态的物体上,如果物体保持静止或匀速直线运动状态,则这两个力平衡。实验方法:猜想二力平衡的条件有多个,要用控制变量法。实验数据:分析表中内容可知,表格中"▲"处应填小车的运动状态是否改变。实验总结:作用在同一个物体上的两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上,这两个力就彼此平衡。
【解析】实验原理:静止的物体和做匀速直线运动的物体都处于平衡状态;两个力作用在处于平衡状态的物体上,如果物体保持静止或匀速直线运动状态,则这两个力平衡。实验方法:猜想二力平衡的条件有多个,要用控制变量法。实验数据:分析表中内容可知,表格中"▲"处应填小车的运动状态是否改变。实验总结:作用在同一个物体上的两个力大小相等,方向相反,且作用在同一直线上,这两个力就彼此平衡。
解析
【分析】
我们可以顺着实验报告的逻辑一步步推导空缺内容：首先回忆力学中平衡状态的定义，处于平衡状态的物体只有两种运动表现，对应实验原理的两个空；接着，探究二力平衡的条件时，涉及力的大小、方向、作用线等多个变量，这类多变量探究实验的常规方法就是控制变量法；然后实验过程中我们需要通过观测小车的反应来判断二力是否平衡，对应的记录项就是小车运动状态是否改变；最后结合课本所学的二力平衡的核心结论，补全最后三个条件的空缺即可。
【解析】
1. 实验原理部分：物理学中规定，物体处于平衡状态时，要么保持静止，要么做匀速直线运动，此时物体所受合力为0，受力平衡，因此前两个空依次填静止、匀速直线运动。
2. 实验方法部分：二力平衡的条件包含多个影响因素，探究任意一个因素对二力平衡的影响时，都需要控制其余因素保持不变，因此采用的是控制变量法。
3. 实验数据部分：本实验通过观察小车在不同受力情况下运动状态是否发生改变，来判断对应的两个力是否平衡，因此表格中需要记录的观测项为小车的运动状态是否改变。
4. 实验总结部分：二力平衡的完整条件为：作用在同一物体上，大小相等，方向相反，作用在同一直线上，题干已经给出“作用在同一个物体上”的前提，因此后续三个空依次填相等、相反、同一直线上。
【答案】
静止 匀速直线运动 控制变量 小车的运动状态是否改变 相等 相反 同一直线上
【知识点】
平衡状态、控制变量法、二力平衡条件
【点评】
本题是二力平衡探究实验的基础综合考查，覆盖了实验全流程的核心考点，整体难度不高，易错点是实验数据栏的观测指标填写，容易出现表述不严谨的问题，只要熟悉课本实验的完整设计逻辑，熟记二力平衡的核心结论即可顺利得分。
【难度系数】
0.7
我们可以顺着实验报告的逻辑一步步推导空缺内容：首先回忆力学中平衡状态的定义，处于平衡状态的物体只有两种运动表现，对应实验原理的两个空；接着，探究二力平衡的条件时，涉及力的大小、方向、作用线等多个变量，这类多变量探究实验的常规方法就是控制变量法；然后实验过程中我们需要通过观测小车的反应来判断二力是否平衡，对应的记录项就是小车运动状态是否改变；最后结合课本所学的二力平衡的核心结论，补全最后三个条件的空缺即可。
【解析】
1. 实验原理部分：物理学中规定，物体处于平衡状态时，要么保持静止，要么做匀速直线运动，此时物体所受合力为0，受力平衡，因此前两个空依次填静止、匀速直线运动。
2. 实验方法部分：二力平衡的条件包含多个影响因素，探究任意一个因素对二力平衡的影响时，都需要控制其余因素保持不变，因此采用的是控制变量法。
3. 实验数据部分：本实验通过观察小车在不同受力情况下运动状态是否发生改变，来判断对应的两个力是否平衡，因此表格中需要记录的观测项为小车的运动状态是否改变。
4. 实验总结部分：二力平衡的完整条件为：作用在同一物体上，大小相等，方向相反，作用在同一直线上，题干已经给出“作用在同一个物体上”的前提，因此后续三个空依次填相等、相反、同一直线上。
【答案】
静止 匀速直线运动 控制变量 小车的运动状态是否改变 相等 相反 同一直线上
【知识点】
平衡状态、控制变量法、二力平衡条件
【点评】
本题是二力平衡探究实验的基础综合考查，覆盖了实验全流程的核心考点，整体难度不高，易错点是实验数据栏的观测指标填写，容易出现表述不严谨的问题，只要熟悉课本实验的完整设计逻辑，熟记二力平衡的核心结论即可顺利得分。
【难度系数】
0.7
2 [2025 广西南宁质检,中]某小组用如图所示装置探究“二力平衡的条件”,每个钩码质量均为50 g。
(1)如图甲所示,小组同学在木块左边和右边各挂一个钩码,这时木块保持静止,此时说明相互平衡的两个力方向
(2)实验小组决定改进实验,小明同学设计了如图乙所示实验装置,这个装置相比甲图实验装置的优点是
A.方便控制拉力在同一条直线
B.减小阻力对实验的影响
(3)经过讨论,又设计出了如图丙所示装置,要求卡片
(4)为了探究猜想“只有作用在同一物体上的两个力才能平衡”,如果利用图丙所示装置进行实验,下一步的操作是
(1)如图甲所示,小组同学在木块左边和右边各挂一个钩码,这时木块保持静止,此时说明相互平衡的两个力方向
相反
,大小相等
。细心的小明在实验时发现,若左边挂一个钩码,右边挂两个钩码,木块仍然保持静止,经过讨论,同学们认为产生这一现象的原因是木块受到了阻力的作用,这时木块在水平方向受力平衡
(填“平衡”或“不平衡”)。(2)实验小组决定改进实验,小明同学设计了如图乙所示实验装置,这个装置相比甲图实验装置的优点是
B
。A.方便控制拉力在同一条直线
B.减小阻力对实验的影响
(3)经过讨论,又设计出了如图丙所示装置,要求卡片
质量要小
(填“弹性要好”或“质量要小”)。在图丙装置左边和右边各挂一个钩码后,将小卡片扭转一定角度,松手后,小卡片旋转,这表明相互平衡的两个力需要作用在同一条直线
上。(4)为了探究猜想“只有作用在同一物体上的两个力才能平衡”,如果利用图丙所示装置进行实验,下一步的操作是
剪开卡片
(填“剪开左侧绳子”“剪开右侧绳子”或“剪开卡片”)。答案
2. (1)相反 相等 平衡 (2)B (3)质量要小 同一条直线 (4)剪开卡片
【解析】(1)如图甲所示,小组同学在木块左边和右边各挂一个钩码,这时木块保持静止,木块处于平衡状态,受到平衡力的作用,由此说明相互平衡的两个力方向相反,大小相等。若左边挂一个钩码,右边挂两个钩码,木块仍然保持静止,此时木块处于平衡状态,受到平衡力的作用。(2)图乙装置相对于图甲,可以在一定程度上减小阻力对实验的影响,故应选B。(3)如图丙所示装置中,卡片的质量要小,减小重力对实验的影响;在左边和右边各挂一个钩码后,将小卡片扭转一定角度,这样两个力不在同一直线上,小卡片将无法平衡,松手后,小卡片旋转,这表明相互平衡的两个力需要作用在同一条直线上。(4)为了探究猜想"只有作用在同一物体上的两个力才能平衡",应把小卡片剪开,观察两个小卡片的运动情况。
【解析】(1)如图甲所示,小组同学在木块左边和右边各挂一个钩码,这时木块保持静止,木块处于平衡状态,受到平衡力的作用,由此说明相互平衡的两个力方向相反,大小相等。若左边挂一个钩码,右边挂两个钩码,木块仍然保持静止,此时木块处于平衡状态,受到平衡力的作用。(2)图乙装置相对于图甲,可以在一定程度上减小阻力对实验的影响,故应选B。(3)如图丙所示装置中,卡片的质量要小,减小重力对实验的影响;在左边和右边各挂一个钩码后,将小卡片扭转一定角度,这样两个力不在同一直线上,小卡片将无法平衡,松手后,小卡片旋转,这表明相互平衡的两个力需要作用在同一条直线上。(4)为了探究猜想"只有作用在同一物体上的两个力才能平衡",应把小卡片剪开,观察两个小卡片的运动情况。
解析
【分析】
这道题围绕二力平衡条件的探究实验展开，我们可以顺着实验装置迭代的思路逐步推导：
1. 第一小问，先明确平衡状态的定义：物体保持静止或匀速直线运动时受力平衡。甲图中两侧各挂一个相同钩码，两个拉力分别向左、向右，木块静止，直接对应平衡力方向相反、大小相等的特点；当左右钩码数量不同但木块仍静止时，木块仍处于平衡状态，水平方向的静摩擦力补足了拉力差，因此整体受力依然平衡。
2. 第二小问，对比甲的滑动木块和乙的带轮小车，小车的滚轮将滑动摩擦变为滚动摩擦，能大幅减小阻力对实验的干扰，两个装置都可以方便控制拉力在同一直线，因此对应正确选项。
3. 第三小问，丙图的悬空卡片实验，为了避免卡片自身重力对水平方向两个拉力的实验造成干扰，需要卡片质量尽可能小；把卡片扭转角度后，两个拉力不在同一直线上，松手后卡片转动无法保持静止，反过来证明平衡力需要作用在同一直线上。
4. 第四小问，要验证两个力必须作用在同一物体上才能平衡，就需要把原本是一个整体的卡片分成两个独立物体，对应操作就是剪开卡片，观察分开后的两部分能否保持平衡。
【解析】
(1) 甲图中木块左右两侧的拉力方向分别向左、向右，方向相反，两侧钩码完全相同，拉力大小相等，木块保持静止处于平衡状态，说明此时相互平衡的两个力方向相反、大小相等；当左侧挂1个钩码、右侧挂2个钩码时木块仍静止，木块仍处于平衡状态，因此水平方向受力平衡，额外的静摩擦力抵消了两侧的拉力差。
(2) 乙装置的小车带有滚轮，将甲图中木块受到的滑动摩擦变为滚动摩擦，大幅减小了阻力对实验结果的影响，两个装置都可以方便控制拉力在同一直线，因此选B。
(3) 丙装置中的卡片需要质量很小，这样卡片自身的重力可以忽略不计，避免重力对水平方向的二力平衡实验造成干扰；将小卡片扭转一定角度后，两个拉力不在同一条直线上，松手后小卡片旋转无法保持静止，说明相互平衡的两个力需要作用在同一条直线上。
(4) 要探究“只有作用在同一物体上的两个力才能平衡”，需要将卡片这个受力物体分割为两个独立的物体，因此下一步操作是剪开卡片，观察分开后的两部分是否还能保持平衡。
【答案】
(1) 相反 相等 平衡 (2)B (3)质量要小 同一条直线 (4)剪开卡片
【知识点】
二力平衡条件
减小摩擦的方法
二力平衡实验探究
【点评】
本题通过依次对比木块、带轮小车、轻质卡片三个递进的实验装置，完整覆盖了二力平衡所有条件的探究过程，引导学生理解实验装置优化的思路，是力学探究实验的典型基础题型，能帮助学生夯实二力平衡相关的核心知识点。
【难度系数】
0.7
这道题围绕二力平衡条件的探究实验展开，我们可以顺着实验装置迭代的思路逐步推导：
1. 第一小问，先明确平衡状态的定义：物体保持静止或匀速直线运动时受力平衡。甲图中两侧各挂一个相同钩码，两个拉力分别向左、向右，木块静止，直接对应平衡力方向相反、大小相等的特点；当左右钩码数量不同但木块仍静止时，木块仍处于平衡状态，水平方向的静摩擦力补足了拉力差，因此整体受力依然平衡。
2. 第二小问，对比甲的滑动木块和乙的带轮小车，小车的滚轮将滑动摩擦变为滚动摩擦，能大幅减小阻力对实验的干扰，两个装置都可以方便控制拉力在同一直线，因此对应正确选项。
3. 第三小问，丙图的悬空卡片实验，为了避免卡片自身重力对水平方向两个拉力的实验造成干扰，需要卡片质量尽可能小；把卡片扭转角度后，两个拉力不在同一直线上，松手后卡片转动无法保持静止，反过来证明平衡力需要作用在同一直线上。
4. 第四小问，要验证两个力必须作用在同一物体上才能平衡，就需要把原本是一个整体的卡片分成两个独立物体，对应操作就是剪开卡片，观察分开后的两部分能否保持平衡。
【解析】
(1) 甲图中木块左右两侧的拉力方向分别向左、向右，方向相反，两侧钩码完全相同，拉力大小相等，木块保持静止处于平衡状态，说明此时相互平衡的两个力方向相反、大小相等；当左侧挂1个钩码、右侧挂2个钩码时木块仍静止，木块仍处于平衡状态，因此水平方向受力平衡，额外的静摩擦力抵消了两侧的拉力差。
(2) 乙装置的小车带有滚轮，将甲图中木块受到的滑动摩擦变为滚动摩擦，大幅减小了阻力对实验结果的影响，两个装置都可以方便控制拉力在同一直线，因此选B。
(3) 丙装置中的卡片需要质量很小，这样卡片自身的重力可以忽略不计，避免重力对水平方向的二力平衡实验造成干扰；将小卡片扭转一定角度后，两个拉力不在同一条直线上，松手后小卡片旋转无法保持静止，说明相互平衡的两个力需要作用在同一条直线上。
(4) 要探究“只有作用在同一物体上的两个力才能平衡”，需要将卡片这个受力物体分割为两个独立的物体，因此下一步操作是剪开卡片，观察分开后的两部分是否还能保持平衡。
【答案】
(1) 相反 相等 平衡 (2)B (3)质量要小 同一条直线 (4)剪开卡片
【知识点】
二力平衡条件
减小摩擦的方法
二力平衡实验探究
【点评】
本题通过依次对比木块、带轮小车、轻质卡片三个递进的实验装置，完整覆盖了二力平衡所有条件的探究过程，引导学生理解实验装置优化的思路，是力学探究实验的典型基础题型，能帮助学生夯实二力平衡相关的核心知识点。
【难度系数】
0.7
