Question

【題目】當(dāng)小球靜止在水平面上，小球所受水平面的支持力和所受的重力是一對(duì)平衡力，如圖甲所示．用細(xì)繩（沿斜面方向）拉住的小球也能靜止在斜面上，這時(shí)除重力外，小球還受到斜面的支持力以及細(xì)繩對(duì)小球沿斜面向上的拉力，如圖乙所示．小紅和小明決定研究：當(dāng)小球靜止在斜面上時(shí)，斜面對(duì)小球的支持力以及細(xì)繩對(duì)小球沿斜面向上的拉力的大小情況．他們用兩個(gè)重力不同的光滑小球進(jìn)行了兩組實(shí)驗(yàn)，實(shí)驗(yàn)中用臺(tái)式測(cè)力計(jì)測(cè)量支持力，用彈簧測(cè)力計(jì)測(cè)量拉力．每一組實(shí)驗(yàn)時(shí)，他們先將支持面水平放置，然后改變支持面與水平面的夾角，并保持拉力的方向始終沿斜面向上，實(shí)驗(yàn)裝置如釁所示，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄如表一、表二所示．

表一 小球甲

表一 小球乙

【1】小球甲所受的重力為__________牛，小球乙所受的重力為__________牛．

【2】分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)或的斜面與水平面夾角、支持力以及拉力，可得出初步結(jié)論是：當(dāng)小球重力一定時(shí)，________________________________________．

【3】在表一（或表二）中有兩次實(shí)驗(yàn)序號(hào)的支持力、拉力的數(shù)據(jù)恰好是互換的．若這一現(xiàn)象不是偶然，出現(xiàn)此現(xiàn)象的條件可能是________________________________________．

【4】在上述小球靜止在斜面上的情況中，小球所受的支持力和拉力可以用一個(gè)合力替代，請(qǐng)你利用平衡力的知識(shí)，判斷該合力的大小與方向：__________．

Answer 1

【答案】

【1】 6 10

【2】 隨著夾角θ增大，支持力N減小，拉力T增大

【3】 相應(yīng)兩次實(shí)驗(yàn)的支持面與水平面夾角θ之和為90°

【4】 合力F大小為物重G，方向豎直向上

【解析】

（1）二力平衡的條件是作用在同一個(gè)物體上的兩個(gè)力，大小相等、方向相反、作用在同一條直線上；靜止在水平上的物體受到的重力和支持力大小相等、方向相反，是一對(duì)平衡力；

（2）分析比較實(shí)驗(yàn)序號(hào)2～5或7～10的斜面與水平面夾角θ、支持力N以及拉力T，根據(jù)表格中的數(shù)據(jù)即可直接得出支持力、拉力與夾角的關(guān)系；

（3）表一中7、9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)（或表二中2、5組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)），支持力N、拉力T的數(shù)據(jù)恰好是互換的，分析兩次實(shí)驗(yàn)的支持面與水平面夾角θ之和的特點(diǎn)，再比較其它實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)可以得出結(jié)論；

（4）小球在斜面上保持靜止?fàn)顟B(tài)，其重力可分解為沿斜面向下的分力和垂直于斜面向下的分力；再據(jù)二力平衡知識(shí)可知重力沿斜面向下的分力與拉力T是平衡力；物體對(duì)斜面的壓力等于物體垂直于斜面向下的分力；物體對(duì)斜面的壓力與斜面對(duì)物體的支持力是一對(duì)作用力與反作用力；據(jù)此分析合力F與重力G的大小關(guān)系、合力的方向．

【1】(1)當(dāng)小球靜止在水平面上，小球所受水平面的支持力和所受的重力大是一對(duì)平衡力，所以大小相等；由表中數(shù)據(jù)可知：甲球的重力G甲=N甲=6N,乙球的重力G乙=N乙=10N；

【2】分析表一或表二中的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，比較表中710或25的支持力、拉力、斜面與水平面夾角的關(guān)系可得，重力一定的小球靜止在斜面時(shí)，隨著夾角θ增大，支持力N減小，拉力T增大；

【3】(3)分析表一中7、9組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù),支持力N、拉力T的數(shù)據(jù)恰好是互換的,比較兩組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)發(fā)現(xiàn),第7組實(shí)驗(yàn)的支持面與水平面夾角θ為37°,第9組實(shí)驗(yàn)的支持面與水平面夾角θ為53°,兩次實(shí)驗(yàn)的支持面與水平面夾角θ之和為90°,而其他各組實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)中不具備此特點(diǎn);所以出現(xiàn)該現(xiàn)象(支持力N、拉力T的數(shù)據(jù)恰好是互換的)的條件可能是相應(yīng)兩次實(shí)驗(yàn)的支持面與水平面夾角θ之和為90°；

【4】(4)小球在斜面上保持靜止?fàn)顟B(tài),其重力可分解為沿斜面向下的分力F1和垂直于斜面向下的分力F2；

根據(jù)平衡條件可知重力沿斜面向下的分力F1與拉力T是平衡力，大小相等；

小球?qū)π泵娴膲毫?/span>F壓等于小球垂直于斜面向下的分力F2;小球?qū)π泵娴膲毫?/span>F壓與斜面對(duì)小球的支持力F支是一對(duì)作用力與反作用力，大小相等；

所以小球所受的支持力N和拉力T可以用一個(gè)合力F代替,合力F大小等于分力F1和F2的合力，即合力F大小為物重G；合力的方向與重力方向相反，豎直向上。