Question

【題目】當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平衡力，如圖甲所示．用細繩（沿斜面方向）拉住的小球也能靜止在斜面上，這時除重力外，小球還受到斜面的支持力以及細繩對小球沿斜面向上的拉力，如圖乙所示．小紅和小明決定研究：當小球靜止在斜面上時，斜面對小球的支持力以及細繩對小球沿斜面向上的拉力的大小情況．他們用兩個重力不同的光滑小球進行了兩組實驗，實驗中用臺式測力計測量支持力，用彈簧測力計測量拉力．每一組實驗時，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，實驗裝置如釁所示，實驗數據記錄如表一、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】分析比較實驗序號或的斜面與水平面夾角、支持力以及拉力，可得出初步結論是：當小球重力一定時，________________________________________．

【3】在表一（或表二）中有兩次實驗序號的支持力、拉力的數據恰好是互換的．若這一現象不是偶然，出現此現象的條件可能是________________________________________．

【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合力替代，請你利用平衡力的知識，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】 相應兩次實驗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物體上的兩個力，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，是一對平衡力；

（2）分析比較實驗序號2～5或7～10的斜面與水平面夾角θ、支持力N以及拉力T，根據表格中的數據即可直接得出支持力、拉力與夾角的關系；

（3）表一中7、9組實驗數據（或表二中2、5組實驗數據），支持力N、拉力T的數據恰好是互換的，分析兩次實驗的支持面與水平面夾角θ之和的特點，再比較其它實驗數據可以得出結論；

（4）小球在斜面上保持靜止狀態，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；再據二力平衡知識可知重力沿斜面向下的分力與拉力T是平衡力；物體對斜面的壓力等于物體垂直于斜面向下的分力；物體對斜面的壓力與斜面對物體的支持力是一對作用力與反作用力；據此分析合力F與重力G的大小關系、合力的方向．

【1】(1)當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平衡力，所以大小相等；由表中數據可知：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驗數據，比較表中710或25的支持力、拉力、斜面與水平面夾角的關系可得，重力一定的小球靜止在斜面時，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組實驗數據,支持力N、拉力T的數據恰好是互換的,比較兩組實驗數據發現,第7組實驗的支持面與水平面夾角θ為37°,第9組實驗的支持面與水平面夾角θ為53°,兩次實驗的支持面與水平面夾角θ之和為90°,而其他各組實驗數據中不具備此特點;所以出現該現象(支持力N、拉力T的數據恰好是互換的)的條件可能是相應兩次實驗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狀態,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；

小球對斜面的壓力F壓等于小球垂直于斜面向下的分力F2;小球對斜面的壓力F壓與斜面對小球的支持力F支是一對作用力與反作用力，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。