二力平衡條件的應用

原會蘭

二力平衡是力學最基本的原理之一，可以解決初中物理中絕大多數與力學有關的問題。下面歸納二力平衡條件知識的三點應用。

一、應用二力平衡條件判斷力的大小及方向

若作用在同一物體上的兩個力大小相等、方向相反，并且在同一直線上，則這兩個力是一對平衡力，可簡記為“同體、等大、反向、共線”，因此，如果一個物體受兩個力作用且處于平衡狀態，則可根據其中一個力的大小及方向判斷另一個力的大小及方向。

例1 （2021·江蘇·常州）2021年4月19日，“機智”號電動直升機在火星地表首飛成功，如圖1所示。在勻速上升、空中懸停、勻速下降階段，“機智”號旋翼受到的升力分別為F1、F2、F3，不計機身受到的火星氣體阻力，則（ ）。

A. F[1] > F[2] > F[3] B. F[1] < F[2] < F[3]

C. F[1] = F[3] >F[2] D. F[1] = F[2] = F[3]

解析：本題中“機智”號電動直升機在火星地表飛行過程中只受重力和升力，由于勻速上升、空中懸停、勻速下降這三個階段都是處于平衡狀態，根據二力平衡的條件可知，處于平衡狀態下的兩個力大小相等、方向相反，且在一條直線上，即F[1] = F[2] = F[3] = G。

答案：D

二、應用二力平衡條件判斷平衡狀態

如果一個物體在兩個力的作用下保持靜止或勻速直線運動狀態，我們就可以稱這兩個力二力平衡。根據物體保持靜止或勻速直線運動狀態就可以判斷物體為平衡狀態，進而對物體進行受力分析。

例2 （2020·江蘇·徐州）如圖2，水平向左的風吹得衣架在水平晾衣竿上滑動起來，若衣架和衣服做勻速運動，此時衣架對晾衣竿的壓力（ ）。

A. 比沒有風時大 B. 比沒有風時小

C. 和沒有風時一樣大 D. 以上都有可能

解析：水平向左的風吹得衣架在水平晾衣竿上勻速直線滑動起來，說明衣架和衣服受力平衡，這里對衣架和衣服（以下記為“整體”）進行受力分析，可以從水平方向與豎直方向分別進行。如圖3所示，在水平方向上，風對整體施加一個水平向左的力F[風]，晾衣竿對整體施加一個水平向右的摩擦力f，二者是一對平衡力，即F[風] = f;在豎直方向上，整體受到豎直向下的重力G，晾衣竿對整體施加一個豎直向上的支持力F[支]，二者是一對平衡力，即G = F[支]。又由于衣架對晾衣竿豎直向下的壓力F[壓]與晾衣竿對衣架豎直向上的支持力F[支]是一對相互作用力，即F[壓] = F[支]，所以衣架對晾衣竿的壓力始終等于整體受到的豎直向下的重力G。

答案：C

三、應用二力平衡條件進行受力分析

如果作用在物體上的兩個力使其處于平衡狀態，那么可以運用二力平衡的條件對物體進行受力分析，即根據作用在同一物體上的兩個力大小相等、方向相反、作用在同一直線上的基本條件進行受力分析。

例3 （2020·江蘇·常州）小明在家進行趣味物理實驗“豎辣椒”，通過不斷調節，最終把一根辣椒豎立在桌面上。下列關于辣椒的受力示意圖中，正確的是（ ）。

A B C D

解析：根據本題提供的情境可知，通過不斷調整辣椒，可以將一根辣椒豎立在桌面上。此時辣椒保持靜止狀態，在豎直方向上，辣椒受到豎直向下的重力G，桌面對辣椒施加一個豎直向上的支持力F[支]，G與F[支]是一對平衡力，大小相等，方向相反，作用在同一直線上。由于支持力F[支]作用點在辣椒與桌面的接觸點上且方向豎直向上，所以豎直向下的重力G的方向與支持力F[支]的方向在同一直線上，因此，選項A正確。

答案：A

（作者單位：云南省玉溪市第八中學）

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