浅析“平衡力”在初中物理中的应用.doc

浅析“平衡力”在初中物理中的应用已经发表在《湖南中学物理》

贵州省遵义县龙坪中学：张国强
力是物体对物体的作用，物体间力的作用是相互的，一切物体都受到力的作用，不受力作用的物体是绝对没有的。物理学中把物体受力而运动状态不改变的情形叫做平衡状态，物体在这平衡状态下所受到的力被称之为平衡力。
当物体处于静止状态或匀速直线运动状态时，即物体处于平衡状态时，就要对其进行所受平衡力的分析。在初中阶段，平衡力的应用主要有以下几种：
一、平衡力的判断
二力平衡的充要条件是①作用在同一物体上；②在同一条直线上；③大小相等；④方向相反。判断二个力是不是平衡力，必须看它们是否同时具备这四个条件。
例1：某物体放置在水平桌面上，下列哪两个力是彼此平衡的
A.物体受到的重力和桌面对物体的支持力
B.物体受到的重力和物体对桌面的压力
C.物体受到的重力和物体对地球的引力
D.物体对桌面的压力和桌面对物体的支持力
分析:画出物体放在水平桌面上的草图，用示意图画出各个力，对照平衡力的四要素，就容易得出正确答案A。
例2：一重物挂在弹簧测力计下，静止时弹簧测力计的示数为4牛。当用手提弹簧测力计匀速上升时，弹簧测力计的示数 ，当用手提弹簧测力计匀速下降时，弹簧测力计的示数 。
分析：由于静止时物体受到自身重力和弹簧测力计竖直向上的拉力是一对平衡力，而当用手提弹簧测力计匀速上升或匀速下降时物体在竖直方向上仍然受到平衡力作用，所以答案都是4N。
特别注意，相互作用力一定不是平衡力。想想看，为什么？
二、在计算摩擦力大小时的应用：
当物体在另一物体接触面上发生了相对运动或相对运动趋势时，就有摩擦力产生，摩擦力的方向总与物体相对运动或相对运动趋势的方向相反。如此时物体处于平衡状态，则物体在其运动或运动趋势的方向上必然受到平衡力作用。
例3：如图1所示，用20N的水平拉力F向左拉放置在水平地面上的一物体但没有拉动，①求摩擦力的大小？②如F为40N时仍未拉动呢？③当用50N的水平拉力时，物体以0.5m/s的速度作匀速F
图1
直线运动，求此时的摩擦力？④如物体以1m/s的速度作匀速直线运动，求此时的拉力F′？
分析：第一种和第二种情形的摩擦力属静摩擦力，第三种和第四种的摩擦力属于滑动摩擦力。
由于以上四种情况物体的运动状态均没有发生改变，故在每种情况下各自都受到平衡力作用，即拉力F和摩擦力f是一对平衡力，所以①②③的答案分别是：20N、40N和50N；对于第四种情形，由于影响滑动摩擦力的两个因素（压力的大小和接触面的粗糙程度）都没有发生改变，即此时的滑动摩擦力与第三种情形时相等，所以F′＝ f ＝50N。
例4：左右两手分别握住竖直向下且重力相等的两根圆柱，左手紧握，右手轻握。比较左右两手与圆柱表面产生的摩擦力的大小。
分析：由于圆柱在左右两手中均处于静止状态，所以两圆柱在竖直方向上各自都受到了平衡力作用。由于这里的摩擦力与圆柱的重力是平衡力，而两个圆柱的重力又相等，所以两个摩擦力也相等。
M
图2
G
M
图3
F支
υ
例5：传送带上有一个物体M，当它在如图2所示位置时，它与传送带一起在水平方向上作匀速直线运动，空气阻力不计。在图中画出物体M的受力示意图。

分析：由于物体M与传送带一起在水平方向上作匀速直线运动，所以物体M在水平方向上理应受到平衡力作用，但由于物体M相当于传送带并没有相对运动趋势，所以它与传送带之间没有摩擦力，即物体M在水平方向上不受力作用（F＝f＝0N）。物体M在竖直方向上仍受到自身重力G和传送带对它的支持力F支这对平衡力的作用。答案如图3所示。
三、在计算浮力大小时的应用
当物体处于悬浮或漂浮时，物体在竖直方向上受到平衡力作用，即F浮＝G物 ，这是用平衡法求浮力大小的依据。
例6：一个实心物体，放在水中静止时，有的体积露出水面，求物体的密度。
分析：从题意中可知物体处于漂浮状态，故F浮＝G物 ，即
1.0×103千克/米3gV排＝ρ物gV物，所以有
ρ物＝千克/米3＝0.6×103千克/米3 。
例7：轮船从河水中开到海水中时，是浮起来一些还是沉下去一些？
分析：同一艘轮船无论是在河水中还是海水中正常航行时都处于漂浮状态，即处于平衡状态，所以有F浮＝G船；由于船的重力不变，所以同一艘船在河水和海水中受到的浮力相等，即ρ液gV排＝G船，因为ρ海水＞ρ河水，所以V排海水＜V排河水，因此正确答案是浮起来一些。
四、其他方面的应用：
如图4所示等。
F浮＋F拉＝G
G
G
F浮＋F弹＝G
G
F浮＝F弹＋G
图4

图5
F浮
f
G物
F浮
f
G′
a
b
υ
υ
例8：当一载物气球匀速下降时，受到空气的浮力为400N，气球及货物总重为500N，则气球所受的阻力是多少？若要使气球匀速上升，应向地面丢下多重的货物（设气球所受空气阻力和浮力不变）。
分析：将气球和货物看成一个整体。
⑴由于整个物体匀速下降，此时阻力f竖直向上，如图5－a所示，故有
F浮＋f ＝G物 ，即400N＋f ＝500N ，所以
f ＝100N。
⑵由于整个物体匀速上升，因此阻力f ＝100N竖直向下，如图5－b所示，故有
F浮＝G′＋ f ，即
400N＝G′＋ 100N 所以
G′＝300N ，
△G＝500N－300N＝200N，
所以应向地面丢下200N的货物。
二力平衡的知识是初中物理的重点，同时也是一个难点。这一知识对研究力和运动的关系 ,求平衡力中的未知力以及摩擦力、浮力大小的求解等知识都具有重要的意义。在解决相关物理问题时，一定要注重物体受力情况的分析，综合考虑，才能收到理想的学习效果。

姓名：张国强
性别：男
出生年月：1967年2月
籍贯：贵州遵义
工作单位：贵州省遵义县龙坪中学
职务：初中物理教师（中学一级）
学历：大专
职称研究方向：晋升中学高级职称
通讯地址：贵州省遵义县龙坪中学
邮政编码：563129
联系电话：[phone]
电子邮箱：zhgq67215@
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