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浅谈来自生活中的平衡力问题

2015-07-22潘兰革

学周刊·下旬刊 2015年10期
关键词:支持力平衡力不倒翁

潘兰革

摘要:在初中物理的力学教学内容中,平衡力是一项重要的学习内容,尤其是在实际生活中,平衡力可以说是无处不在,本文通过对一些常见的生活现象进行解析,分析其中的平衡力问题,达到理论联系实践的目的,提高物理知识解决生活问题的能力。

关键词:生活 平衡力

平衡力指的是受力物体处于静止状态或匀速直线运动状态,则这力的作用合力为零,我们就说物体受到的力是平衡力。即:若受到作用力的物体保持静止或匀速直线运动状态,它所受到的力一定是平衡力。

平衡力在生活中随处可见,下面撷取几个小问题进行浅析。

问题一:平面上有一个不倒翁,当平面倾斜且不倒翁静止不动时,不倒翁的状态是( )

解析:不倒翁静止不动时,受到的是平衡力。不倒翁受到三个作用力,分别是重力、平面支持力、平面的摩擦力。如图所示:

不倒翁受到的三个力之间都不符合二力平衡力的要点:在一条直线、方向相反。但是,不倒翁静止不动,很明显就是受到了平衡力。仔细考虑,可以发现,不倒翁受到重力是毋庸置疑的,另一个应该是和重力方向相反、在一条直线上的力。其实就是摩擦力和支持力的合力。此问题中的二力平衡力就是重力、摩擦力和支持力的合力。

问题二:小明沿水平方向推小车,但小车仍保持静止。小明加大力气推小车,使小车保持匀速直线运动。分析小车静止不动和匀速直线运动时的平衡力。

解析:小明沿水平方向推小车,但小车仍保持静止,说明了小明对车的推力等于车受到的阻力。这时的阻力是地面对小车的静摩擦力。这时,小车受到的平衡力是推力和静摩擦力。

当小明加大力气推小车,推力克服了最大静摩擦力,使物体开始了运动,以后只要保持推力等于滑动摩擦力,就可以实现小车匀速直线运动。当小车匀速直线运动时,小车受到的平衡力是推力和滑动摩擦力。

问题三:小明去钓鱼,站在河岸边,手里提着一条细线,线上挂有一条鱼。此时,小明和鱼都静止不动,则小明、细线、鱼共同所受的重力与地面给小明的支持力相等。对不对?为什么?

解析:小明、细线、鱼共同所受的重力与地面给小明的支持力相等的说法是正确的。小明、细线、鱼共同所受的重力可以看成是一个力,由于小明是站在地面上的,所以小明对地面的压力等于小明的重力,重力和支持力是平衡力,压力和支持力是一对相互作用力。因为平衡力是相等的,相互作用力也是相等的,所以小明、线、鱼共同所受的重力与地面给小明的支持力相等。

问题四:小明在广场上玩耍,买了一个充有氦气的气球,小明将气球系在一辆玩具小汽车上,并将玩具小汽车放置在光滑的水平地面上。无风时细绳处于竖直方向,当一阵风沿水平方向吹向气球时,以下说法正确的是( )

A.小汽车可能被拉离地面

B.氢气球仍处于静止状态

C.小汽车一定沿地面滑动

D.小汽车仍处于静止状态

解析:小车在地面静止不动时受气球拉力和地面支持力以及重力的作用,当风沿水平方向吹向气球时,细绳拉小汽车的力由竖直方向变为斜向上,会产生一个水平方向的合力,由于气球受风力的作用,所以绳子也对小车有了水平方向的力(可以将气球和车视为整体),使得小汽车沿地面滑动。

问题五:小明站在秤上称体重,当小明静止站在秤上时,下列属于平衡力的是( )

A.人的重力与秤对人的支持力

B.人对秤的压力与秤对人的支持力

解析:此题正确答案是A,平衡力必须是施加在一个物体上。A项为平衡力,B项为相互作用力,即作用力与反作用力。平衡力要涉及3个物体,两个施力物体,一个受力物体。在A项中,人受到重力和支持力,人受到的重力,地球是施力物体,人为受力物体,秤对人的支持力,施力物体为秤,人还是为受力物体,且这两个力的作用点在同一个物体上,即这两个力有同一个受力物体,且方向相反,大小相等。相互作用力只涉及两个物体,一个施力一个受力,且彼此为施,彼此为受,如B项中,人对秤的压力,人为施力物体,秤为受力物体,而秤对人的支持力,则秤是施力物体,人为受力物体,且这两个力的作用点在不同的物体上,人对秤压力的作用点在秤上,秤对人的支持力的作用点在人上,因此,这两个力不在同一个受力物体上。

问题六:如果一个运动的物体在水平方向受到平衡力,是不是只能在水平方向匀速直线运动,而不能其他方向?如果一个运动物体受到重力和支持力的平衡力是不是只能竖直运动,不能水平运动?

解析:不是。运动中的物体在某个方向受到平衡力,则在该方向上做匀速直线运动或静止。在其他方向上的运动状态与某个方向无关。按照牛顿第一定律,一切物体总保持静止或匀速直线运动状态,直到有外力迫使它改变这种状态为止。牛顿在第一定律中指出了力与物体运动间的关系,合力是改变物体的速度的原因。而当物体受力平衡时受的合外力为零,所以物体保持静止或匀速直线运动。

本文从多个方面展示了平衡力在生活中的不同表现形式,解析了判断分析平衡力的一些常用方法技巧,但是法无定法,还需要在日常学习练习时多作总结和归纳,灵活运用,抓住其中的关键因素和知识点,既可以单独运用,也可以组合运用,才能透过现象看本质,有的放矢地解决问题。

参考文献:

[1]贾庆哲.相互作用力与平衡力辨析[J].初中生学习指导:初二版,2014(3).

[2]郭随化.判断物体受力题的错解分析[J].物理教学探讨:初二学研卷,2000(4).

[3]忻传森.物体平衡问题的解题方略[J].物理实验:中学部分,2004(11).

(责编 田彩霞)

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