二力平衡条件的应用

原会兰

二力平衡是力学最基本的原理之一，可以解决初中物理中绝大多数与力学有关的问题。下面归纳二力平衡条件知识的三点应用。

一、应用二力平衡条件判断力的大小及方向

若作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反，并且在同一直线上，则这两个力是一对平衡力，可简记为“同体、等大、反向、共线”，因此，如果一个物体受两个力作用且处于平衡状态，则可根据其中一个力的大小及方向判断另一个力的大小及方向。

例1 （2021·江苏·常州）2021年4月19日，“机智”号电动直升机在火星地表首飞成功，如图1所示。在匀速上升、空中悬停、匀速下降阶段，“机智”号旋翼受到的升力分别为F1、F2、F3，不计机身受到的火星气体阻力，则（ ）。

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：本题中“机智”号电动直升机在火星地表飞行过程中只受重力和升力，由于匀速上升、空中悬停、匀速下降这三个阶段都是处于平衡状态，根据二力平衡的条件可知，处于平衡状态下的两个力大小相等、方向相反，且在一条直线上，即F[1] = F[2] = F[3] = G。

答案：D

二、应用二力平衡条件判断平衡状态

如果一个物体在两个力的作用下保持静止或匀速直线运动状态，我们就可以称这两个力二力平衡。根据物体保持静止或匀速直线运动状态就可以判断物体为平衡状态，进而对物体进行受力分析。

例2 （2020·江苏·徐州）如图2，水平向左的风吹得衣架在水平晾衣竿上滑动起来，若衣架和衣服做匀速运动，此时衣架对晾衣竿的压力（ ）。

A. 比没有风时大 B. 比没有风时小

C. 和沒有风时一样大 D. 以上都有可能

解析：水平向左的风吹得衣架在水平晾衣竿上匀速直线滑动起来，说明衣架和衣服受力平衡，这里对衣架和衣服（以下记为“整体”）进行受力分析，可以从水平方向与竖直方向分别进行。如图3所示，在水平方向上，风对整体施加一个水平向左的力F[风]，晾衣竿对整体施加一个水平向右的摩擦力f，二者是一对平衡力，即F[风] = f;在竖直方向上，整体受到竖直向下的重力G，晾衣竿对整体施加一个竖直向上的支持力F[支]，二者是一对平衡力，即G = F[支]。又由于衣架对晾衣竿竖直向下的压力F[压]与晾衣竿对衣架竖直向上的支持力F[支]是一对相互作用力，即F[压] = F[支]，所以衣架对晾衣竿的压力始终等于整体受到的竖直向下的重力G。

答案：C

三、应用二力平衡条件进行受力分析

如果作用在物体上的两个力使其处于平衡状态，那么可以运用二力平衡的条件对物体进行受力分析，即根据作用在同一物体上的两个力大小相等、方向相反、作用在同一直线上的基本条件进行受力分析。

例3 （2020·江苏·常州）小明在家进行趣味物理实验“竖辣椒”，通过不断调节，最终把一根辣椒竖立在桌面上。下列关于辣椒的受力示意图中，正确的是（ ）。

A B C D

解析：根据本题提供的情境可知，通过不断调整辣椒，可以将一根辣椒竖立在桌面上。此时辣椒保持静止状态，在竖直方向上，辣椒受到竖直向下的重力G，桌面对辣椒施加一个竖直向上的支持力F[支]，G与F[支]是一对平衡力，大小相等，方向相反，作用在同一直线上。由于支持力F[支]作用点在辣椒与桌面的接触点上且方向竖直向上，所以竖直向下的重力G的方向与支持力F[支]的方向在同一直线上，因此，选项A正确。

答案：A

（作者单位：云南省玉溪市第八中学）

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