Question

【题目】当小球静止在水平面上，小球所受水平面的支持力和所受的重力是一对平衡力，如图甲所示．用细绳（沿斜面方向）拉住的小球也能静止在斜面上，这时除重力外，小球还受到斜面的支持力以及细绳对小球沿斜面向上的拉力，如图乙所示．小红和小明决定研究：当小球静止在斜面上时，斜面对小球的支持力以及细绳对小球沿斜面向上的拉力的大小情况．他们用两个重力不同的光滑小球进行了两组实验，实验中用台式测力计测量支持力，用弹簧测力计测量拉力．每一组实验时，他们先将支持面水平放置，然后改变支持面与水平面的夹角，并保持拉力的方向始终沿斜面向上，实验装置如衅所示，实验数据记录如表一、表二所示．

表一 小球甲

表一 小球乙

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

【2】分析比较实验序号或的斜面与水平面夹角、支持力以及拉力，可得出初步结论是：当小球重力一定时，________________________________________．

【3】在表一（或表二）中有两次实验序号的支持力、拉力的数据恰好是互换的．若这一现象不是偶然，出现此现象的条件可能是________________________________________．

【4】在上述小球静止在斜面上的情况中，小球所受的支持力和拉力可以用一个合力替代，请你利用平衡力的知识，判断该合力的大小与方向：__________．

Answer 1

【答案】

【1】 6 10

【2】 随着夹角θ增大，支持力N减小，拉力T增大

【3】 相应两次实验的支持面与水平面夹角θ之和为90°

【4】 合力F大小为物重G，方向竖直向上

【解析】

（1）二力平衡的条件是作用在同一个物体上的两个力，大小相等、方向相反、作用在同一条直线上；静止在水平上的物体受到的重力和支持力大小相等、方向相反，是一对平衡力；

（2）分析比较实验序号2～5或7～10的斜面与水平面夹角θ、支持力N以及拉力T，根据表格中的数据即可直接得出支持力、拉力与夹角的关系；

（3）表一中7、9组实验数据（或表二中2、5组实验数据），支持力N、拉力T的数据恰好是互换的，分析两次实验的支持面与水平面夹角θ之和的特点，再比较其它实验数据可以得出结论；

（4）小球在斜面上保持静止状态，其重力可分解为沿斜面向下的分力和垂直于斜面向下的分力；再据二力平衡知识可知重力沿斜面向下的分力与拉力T是平衡力；物体对斜面的压力等于物体垂直于斜面向下的分力；物体对斜面的压力与斜面对物体的支持力是一对作用力与反作用力；据此分析合力F与重力G的大小关系、合力的方向．

【1】(1)当小球静止在水平面上，小球所受水平面的支持力和所受的重力大是一对平衡力，所以大小相等；由表中数据可知：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实验数据，比较表中710或25的支持力、拉力、斜面与水平面夹角的关系可得，重力一定的小球静止在斜面时，随着夹角θ增大，支持力N减小，拉力T增大；

【3】(3)分析表一中7、9组实验数据,支持力N、拉力T的数据恰好是互换的,比较两组实验数据发现,第7组实验的支持面与水平面夹角θ为37°,第9组实验的支持面与水平面夹角θ为53°,两次实验的支持面与水平面夹角θ之和为90°,而其他各组实验数据中不具备此特点;所以出现该现象(支持力N、拉力T的数据恰好是互换的)的条件可能是相应两次实验的支持面与水平面夹角θ之和为90°；

【4】(4)小球在斜面上保持静止状态,其重力可分解为沿斜面向下的分力F1和垂直于斜面向下的分力F2；

根据平衡条件可知重力沿斜面向下的分力F1与拉力T是平衡力，大小相等；

小球对斜面的压力F压等于小球垂直于斜面向下的分力F2;小球对斜面的压力F压与斜面对小球的支持力F支是一对作用力与反作用力，大小相等；

所以小球所受的支持力N和拉力T可以用一个合力F代替,合力F大小等于分力F1和F2的合力，即合力F大小为物重G；合力的方向与重力方向相反，竖直向上。