解讀二力平衡

楊振合

一、二力平衡概念

如果物體在幾個力的作用下處于靜止狀態或勻速直線運動狀態，我們就說該物體處于平衡狀態.物體處于平衡狀態時，受到平衡力的作用.若處于平衡狀態的物體只受到兩個力的作用，則這兩個力相互平衡，簡稱二力平衡.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運動的汽車，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”實驗選用小卡片做實驗，是因為小卡片的重力遠小于鉤碼對卡片的拉力，所以小卡片的重力對實驗的影響可以忽略不計.在線的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個力方向相反，且在同一條直線上，當兩端鉤碼數量相等時，小卡片靜止，即小卡片處于平衡狀態；當兩端鉤碼數量不等時，小卡片向鉤碼數量多的一端加速運動，即小卡片不能平衡.這說明相互平衡的兩個力大小相等.把小卡片轉過一個角度，使小卡片受到的兩個拉力不在一條直線上，但大小相等、方向相反.松手后，小卡片轉動，即小卡片不能平衡，這說明相互平衡的兩個力在同一直線上.

解析 實驗時，將系于小卡片兩對角的線分別跨過左右支架上的滑輪，在線的兩端掛上鉤碼，使作用在小卡片上的兩個拉力方向相反，并通過調整鉤碼的數量來改變拉力的大小.當兩端鉤碼數量相等時，小卡片平衡.當小卡片平衡時，將小卡片轉過一個角度，松手后小卡片不能平衡，設計此實驗步驟的目的是為了探究不在同一直線上的力能否平衡.為了驗證只有作用在同一物體上的兩個力才能平衡，可進行的操作是：把小紙片剪成兩半.小明選用木塊放在水平桌面上做實驗，由于木塊與桌面間有摩擦力的作用，可能影響實驗結果，而小卡片的重力遠小于鉤碼對卡片的拉力，小卡片的重力對實驗的影響可以忽略不計，所以小華的實驗優于小明的實驗.

三、判斷二力平衡

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

例4 茶杯靜止在水平桌面上，以下屬于一對平衡力的是（ ）.

A.茶杯受到的重力與茶杯對桌面的壓力

B.茶杯受到的重力與桌面對茶杯的支持力

C.茶杯對桌面的壓力與桌面對茶杯的支持力

D.茶杯受到的重力與桌子受到的重力

四、二力平衡的應用

利用二力平衡知識，可以根據其中一個力的大小和方向判斷另一個力的大小和方向，如一個重為6N的蘋果靜止放在桌面上，蘋果的重力和桌面對蘋果的支持力是一對平衡力，所以桌面對蘋果的支持力為F=G=6N.也可以利用二力平衡條件判定物體的運動狀態.若物體只受到兩個力的作用，并且滿足二力平衡時，則可以判定物體處于靜止狀態或勻速直線運動狀態.

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