备战中考物理专题08二力平衡的条件.docx
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备战中考物理专题08二力平衡的条件
专题08二力平衡的条件
1.二力平衡:
物体在受到两个力的作用时,如果能保持静止状态或匀速直线运动状态,那么这两个力相互平衡。
2.二力平衡的条件:
作用在同一物体上的两个力,如果大小相等、方向相反、并且在同一条直线上,这两个力就彼此平衡。
3.探究二力平衡实验需要学通的基础知识
(1)在探究究二力平衡问题时,什么因素影响实验结果?
答:
摩擦力
(2)你认为右图哪个实验更合理?
答:
甲,应为乙物体受到的摩擦力大,对实验效果影响大。
(3)如何判断物体是否处于平衡状态?
答:
当物体保持静止或匀速直线运动状态时,都可以判定物体处于平衡状态.
(4)实验中如何改变拉力的大小?
答:
通过改变砝码的个数,来改变对小车的拉力大小.
(5)定滑轮有什么作用:
答:
改变拉力的方向
(6)如何探究两个力作用在同一物体上?
答:
将纸板从中间剪开,观察纸板是否还处于平衡状态。
(7)如何探究两个力在同一直线上:
答:
把纸板转动一个角度,然后松手,观察小车的运动状态.
(8)实验结论:
二力平衡条件:
同体、等大、方向、共线。
(9)实验方法:
控制变量法
(10)选择静止状态的原因:
匀速运动状态不好控制。
(11)进行多次实验的目的:
得出普遍规律,避免偶然性。
【例题1】(2019湖北荆州)2022年第24届冬季奥林匹克运动会将在我国举行,如图是滑雪运动员正在训练的场景,下列说法正确的是( )
A.使用雪橇滑雪是通过减小压力来减小压强的
B.运动员加速滑行时,地面对雪橇的支持力与雪橇对地面的压力是一对相互作用力
C.当运动员匀速直线滑行时,雪橇的重力与地面对雪橇的支持力是一对平衡力
D.运动员冲过终点后不能立即停止滑行,是由于运动员受到惯性力的作用
【答案】B
【解析】A.运动员使用雪橇,这样增大了与雪地的受力面积,从而减小压强,故A错误;
B.运动员加速滑行时,地面对雪橇的支持力与雪橇对地面的压力,大小相等,方向相反,作用在同一条直线上,作用在两个物体上,是一对相互作用力,故B正确;
C.当运动员匀速直线滑行时,雪橇的重力与地面对雪橇的支持力不相等,不是一对平衡力,故C错误;
D.惯性是一种性质,不是力,故D错误。
【例题2】(2019贵州铜仁)小明在探究“二力平衡”条件的实验中,设计了如图所示的两种实验方案。
(1)通过实验比较,小明发现采用方案乙,实验效果更好,原因是。
(2)该实验装置中,木板两端的定滑轮的作用是。
(3)保持两盘中砝码质量相等,把小车在水平桌面上扭转一个角度,放手后观察到小车转动,
最后恢复到静止状态。
这个实验现象说明:
作用在同一物体上的两个力,大小相等,方向相
反,并且,这两个力才能彼此平衡。
(4)小明在探究完“二力平衡”条件的实验后,又利用该装置进行探究,剪断小车左边的细线后,小车由静止向右运动,此现象说明力可以改变物体的。
【答案】
(1)滚动摩擦力小于滑动摩擦力,减小了摩擦力对实验的影响;
(2)能改变作用力的方向;(3)作用在同一条直线上;(4)运动状态。
【解析】
(1)通过实验比较,小明发现采用方案乙,实验效果更好,原因是滚动摩擦力小于滑动摩擦力,减小了摩擦力对实验的影响;
(2)该实验装置中,木板两端的定滑轮的作用是能改变作用力的方向;
(3)保持两盘砝码质量相等(即让两边的拉力相等),把木块扭转一个角度,使拉力F1和F2不再同一条直线上,观察到木块发生转动,当木块重新恢复到原来的静止状态时,拉力F1和F2作用在同一条直线上;这个实验现象说明:
作用在同一物体上的两个力,大小相等,方向相反,并且作用在同一条直线上,这两个力才能彼此平衡。
(4)小明在探究完“二力平衡”条件的实验后,又利用该装置进行探究,剪断小车左边的细线后,小车由静止向右运动,小车受力不再平衡,此现象说明力可以改变物体的运动状态。
一、选择题
1.(2019山东泰安)如图所示,完全相同的A、B两个长方体物块叠放在水平桌面上,用F=20N的水平向右的力作用在A物块上,A、B一起向右做匀速直线运动,经过3s,两个物块一起移动了60cm的距离。
下列相关说法中( )
①物块B受到的重力和地面对B的支持力是一对平衡力
②物块A对B的摩擦力大小是20N,方向向右
③地面对B的摩擦力大小是20N,方向向右
④拉力F的功率为4W
A.只有①④正确B.只有③④正确C.只有①③正确D.只有②④正确
【答案】D
【解析】①地面对B的支持力等于A和B的重力之和,故物块B受到的重力和地面对B的支持力大小不等,不是一对平衡力。
故①错误。
②以B为研究对象,B做匀速直线运动,处于平衡状态,受到平衡力的作用,而B受到地面对它的摩擦力作用,方向水平向左,所以物块A对B的摩擦力方向向右,大小是20N,故②正确。
③A、B一起向右做匀速直线运动,则地面对B的摩擦力方向水平向左,根据二力平衡可得大小是20N.故③错误。
④拉力F做的功:
W=Fs=20N×0.6m=12J,
功率为P=
=
=4W.故④正确。
2.(2019安徽)如图,A、B两物块叠放在水平桌面上保持静止。
图中分别给出了A、B的受力示意图。
下列说法正确的是( )
A. F2与GA、F1两个力的合力是一对作用力与反作用力
B. F1与F3是一对作用力与反作用力
C. GA与F2是一对平衡力
D. F2与F1是一对平衡力
【答案】B
【解析】由图知,A物块受到向上的支持力F2、向下的重力GA、B对A向下的压力F1;B物块受到向上的支持力F3和向下的重力GB,
A、以A为研究对象,A物块在水平桌面上保持静止,受力平衡;GA、F1两个力的合力方向向下,合力的大小GA+F1=F2,
则可知F2与GA、F1两个力的合力大小相等、方向相反、作用在同一条直线上,均作用在A物块上,所以是一对平衡力,不是一对相互作用力,A不符合题意;
B、B对A有向下的压力F1,因力的作用是相互的,则A对B有向上的支持力F3,所以F1与F3是一对作用力与反作用力,B符合题意;
C、A物块处于静止状态,由图示和力的平衡条件可得:
F2=GA+F1,则GA与F2的大小不等,所以GA与F2不是一对平衡力,C不符合题意;
D、A物块处于静止状态,由力的平衡条件可得:
F2=GA+F1,则F2与F1的大小不等,所以F2与F1不是一对平衡力,D不符合题意。
3.(2019深圳)如图所示,同一木块在同一粗糙水平面上,先后以不同的速度被匀速拉动。
甲图中速度为v1,乙图中速度为v2,丙图中木块上叠放一重物,共同速度为v3,且v1 下列关系正确的是() A. F甲 B. F甲>F乙>F丙 C. F甲=F乙 D. F甲 【答案】C 【解析】同一木块在同一粗糙水平面上,先后以不同的速度被匀速拉动,那么它处于平衡 状态,它受到的拉力等于摩擦力,即: F甲=f甲,F乙=f乙;因为木块对水平面的压力和接触 面粗糙程度不变,所以摩擦力不变,即f甲=f乙;那么: F甲=F乙;在木块上放一重物,那 么它对水平面的压力增大,那么它受到的摩擦力增大;即: f丙>f乙,因为F丙=f丙, 所以: F丙>F乙;即: F甲=F乙 4.(2019大庆)如图是太阳能汽车在平直公路上匀速行驶的情形,若不计空气阻力对汽车 的影响,则下列说法正确的是( ) A.汽车的重力和地面对汽车的支持力是相互作用力 B.汽车受到两对平衡力的作用 C.由于速度大,所以惯性大,使得汽车急刹车不能立即停止 D.太阳能汽车行驶时是将太阳能直接转化成机械能 【答案】B 【解析】A.汽车受到的重力和地面对汽车的支持力,二力大小相等、方向相反、作用在同一个物体上(都作用在汽车上)、作用在同一条直线上,符合二力平衡条件,它们是一对平衡力,不是相互作用力,故A错误; B.汽车在平直公路上匀速行驶,汽车受到重力和支持力、牵引力和阻力两对平衡力的作用,故B正确; C.汽车急刹车不能立即停下来是因为汽车有惯性;惯性的大小只跟质量有关,质量越大,惯性越大,和物体的运动速度无关,故C错误; D.太阳能汽车上的太阳能电池将太阳能转化为电能再转化为机械能,故D错误。 5.(2019湖北随州)一只木箱放在水平地面上,地面上各处粗糙程度相同。 对木箱施加一个方向不变的水平推力F(如图甲);F的大小与时间t的关系、木箱的运动速度v与时间t的关系图象如图乙所示。 以下说法正确的是( ) A.在第一个2s内木箱所受摩擦力为2N B.在第二个2s内木箱所受摩擦力为3N C.在第一个2s内推力F对木箱所做的功为2J D.在第三个2s内推力F对木箱做功的功率为8W 【答案】D 【解析】先由速度﹣时间图象判断物体的运动情况,然后根据物体的运动状态判断物体是否受平衡力作用;根据由F﹣t图象求出物体受到的拉力,然后由二力平衡的条件求出摩擦力的大小。 根据W=Fs可求功;由P=Fv可求功率。 A.由图象可知,第一个2s内,物体没有推动,物体处于平衡状态,推力等于摩擦力,等于1N,故A错误; B.由v﹣t图象可知,在4s~6s物体做匀速直线运动,处于平衡状态,由F﹣t图象可知在4s~6s即在第三个2s内拉力F=2N,由平衡条件可得滑动摩擦力f=F=2N,由v﹣t图象可知,物体在第二个2s内做匀加速运动,受到的摩擦力为滑动摩擦力,因为压力和接触面的粗糙程度不变,物体受到的摩擦力仍是2N,方向与推力方向相反,即向左;故B错误; C.由图象可知,第一个2s内,物体没有推动,由W=Fs可知,推力F对木箱所做的功为0;故C错误; D.在第三个2s内推力F对木箱做功的功率为: P=Fv=2N×4m/s=8W.故D正确。 6.(2019长沙)如图所示,穿着早冰鞋的小玲用手推墙后,她由静止开始向后退。 下列说法中正确的是( ) A.小玲后退的过程中,她的惯性逐渐变小 B.小玲后退的过程中,一直做匀速直线运动 C.小玲推墙时,墙对小玲的作用力等于小玲对墙的作用力 D.小玲推墙时,墙对小玲的作用力和小玲对墙的作用力是一对平衡力 【答案】C 【解析】A.惯性大小只跟物体的质量大小有关,小玲后退的过程中质量不变,则她的惯性大小不会改变,故A错误; B.小玲后退的过程中,在水平方向上只受到地面给她的阻力,所以做减速运动,最后停止,故B错误; CD.小玲推墙时,墙对小玲的作用力与小玲对墙的作用力是作用在不同物体的两个力,属于相互作用力,二者大小相等,但不是平衡力,故C正确,D错误。 7.(2019南京)如图所示,两辆相同的小车上分别固定一块磁体和一个铁块,将它们靠近到一定距离后由静止释放,两小车同时运动下列说法正确的是( ) A.两小车相互远离 B.小车运动起来是因为小车有惯性 C.磁体对铁块有作用力,同时铁块对磁体也有作用力 D.磁体对铁块的作用力和铁块受到的重力是一对平衡力 【答案】C 【解析】 (1)磁体对铁块具有吸引力; (2)力是改变物体运动状态的原因; (3)物体间力的作用是相互的;(4)平衡力的条件: 大小相等、方向相反、作用在同一个物体上,作用在同一条直线上。 A.因为磁体对铁块具有吸引力,所以将它们靠近到一定距离后由静止释放,两小车将靠近,故A错误; B.力是改变物体运动状态的原因,小车运动起来是因为磁体和铁块之间彼此产生了力的作用,带动小车运动,故B错误; C.物体间力的作用是相互的,所以磁体对铁块有作用力,同时铁块对磁体也有作用力,故C正确; D.磁体对铁块的作用力和铁块受到的重力不在一条直线上,方向不相反,大小也不一定相等,不是一对平衡力,故D错误。 8.(2019重点题)如图所示,拉力F为5N,物体A以0.1m/s的速度在物体B表面向左做匀速直线运动(B表面足够长);物体B静止在地面上,受到地面水平向左4N的摩擦力,弹簧测力计示数为12N.下列说法正确的是( ) A.物体A受到的摩擦力为10N B.拉力F的功率为1.5W C.滑轮组的机械效率为80% D.拉力F增大到15N时,物体B开始向左运动 【答案】C 【解析】A.物体B静止在地面上,所以受力平衡;水平方向上物体B受到向右的弹簧拉力、地面对它向左的摩擦力和物体A对它向左的摩擦力,所以两个摩擦力之和为12N,即fAB+4N=12N,则fAB=8N;根据相互作用力的知识可知,物体A受到的摩擦力为f=fAB=8N;故A错误; B.由图知,水平使用滑轮组,n=2,拉力端移动速度v=2v物=2×0.1m/s=0.2m/s, 则拉力做功的功率: P= = =Fv=5N×0.2m/s=1W;故B错误; C.滑轮组的机械效率: η= ×100%= =80%,故C正确; D.若拉力F增大到15N时,A在运动过程中,A对B的压力不变、接触面的粗糙程度不变,则A和B之间的摩擦力不变,所以物体B的运动状态不会改变,即物体B仍然静止,不会向左运动,故D错误。 8.(经典能力题)如图所示,小丽用力F把一才块压在竖直墙面上静止,现有以下受力分析,下述受力分析正确的是() ①小丽对木块的压力F和墙对木块的弹力是一对平衡力 ②小丽对木块的压力F和木块的重力是一对平衡力 ③木块受到的摩擦力和木块的重力是一对平衡力 ④小丽对木块的压力F和木块对小丽的弹力是一对平衡力 A.只有①正确B.只有④正确C.只有①③正确D.只有③④正确 【答案】C 【解析】木块处于静止,在竖直方向上受两个力而平衡,即重力和墙对木块的静摩擦力;木块在水平方向上受外力F和墙对木块的支持力,两个力是一对平衡力;平衡力作用在同一物体上,作用力和反作用力作用在不同的物体上。 ①小丽对木块的压力和墙对木块的弹力符合二力平衡的条件,是一对平衡力; ②小丽对木块的压力和木块的重力不在同一直线上,不是一对平衡力; ③木块受到的摩擦力和木块的重力满足二力平衡的条件,是一对平衡力; ④小丽对木块的压力和木块对手的弹力是一对相互作用力,不是平衡力。 10.(经典能力题)如图所示,物体A静止在水平桌面上,我们说物体A受到了平衡力的作用。 下列观点正确的是( ) A.物体A对桌面的压力与物体A受到的重力是一对平衡力; B.桌面对物体A的支持力与物体A受到的重力是一对平衡力; C.物体A对桌面的压力与桌面对物体A的支持力是一对平衡力; D.桌子受到的重力与物体A受到的重力是一对平衡力。 【答案】B 【解析】一个物体受到两个力的作用,这两个力大小相等,方向相反,并且作用的一条直线上,我们就说这个物体受到平衡力的作用。 反之,一个物体受到平衡力作用,这个物体就处于静止状态或者匀速直线运动状态。 一对平衡力的特征一定是这两个力都同时作用在同一个物体上,还要满足大小相等,方向相反,在一条直线上。 否则两个力不是一对平衡力。 A.物体A对桌面的压力作用在桌子上,物体A受到的重力作用在物体A上,这两个力不是作用的同一个物体上,所以不是一对平衡力。 选项A不符合题意; B.桌面对物体A的支持力作用在物体A上,竖直向上。 物体A受到的重力作用在物体A上,竖直向下。 两个力都作用在同一个物体A上,物体静止,这两个力大小相等,方向相反,是一对平衡力。 选项B符合题意; C.物体A对桌面的压力作用在桌子上,桌面对物体A的支持力作用在物体A上,两个力不作用在一个物体上,不是一对平衡力.选项C不符合题意; D.桌子受到的重力作用在桌子上,物体A受到的重力作用在物体A上,两个力不是一对平衡力。 选项D不符合题意. 11.(经典能力题)汽车在平直公路两旁上匀速行驶时,下列属于平衡力的是() A.汽车受到的牵引力和阻力 B.汽车受到的支持力和地面受到的压力 C.汽车受到的牵引力和重力 D.汽车受到的牵引力和地面受到的压力 【答案】A 【解析】 (1)一对相互作用力的条件是: 大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在不同一个物体上; (2)要判断是否为平衡力,首先对物体进行受力分析,然后根据二力平衡的条件: 大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在同一个物体上。 A.汽车在水平路面上匀速直线行驶时,受到的牵引力和阻力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在同一个物体上,是一对平衡力,故A正确; B.汽车受到的支持力和地面受到的压力大小相等,方向相反,作用在同一直线上,作用在不同一个物体上,是一对相互作用力,故B错误; C.汽车受到的牵引力和重力,不作用在同一直线上,不是平衡力,故C错误; D.汽车受到的牵引力和地面受到的压力,没有作用在同一直线上,也没有作用在同一物体上,故不是平衡力,故D错误。 12.(经典能力题)如图,“和谐号”动车满成旅客从成都东站缓缓驶出前往西安。 下列说法正确的是() A.坐在列车上的乘客相对于车站是静止的 B.列车由静止变为运动.列车的惯性减小了 C.列车受到的牵引力和铁轨对它的支持力是平衡力 D.列车加速前进时,它受到的牵引力大于它受到的阻力 【答案】D 【解析】乘客和车站的位置发生了变化,乘客是运动的。 惯性只与质量有关,速度无关。 牵引力在水平方向,支持力在竖直方向,二者没有关系。 加速运动,合力与速度方向一致,牵引力大于阻力。 13.(经典能力题)一重力为G的热气球竖直匀速上升时,它所受到的浮力为F,受到的空气阻力为f、下列关系正确的是 A.F>G-fB.F=G+f C.F 【答案】B 【解析】根据物体分别处于静止、匀速下降、匀速上升都是平衡状态,所以受到拉力与重力是平衡力,利用二力平衡的条件可以求得热气球所受力的关系。 热气球匀速上升时,受平衡力的作用,浮力的方向竖直向上,重力和阻力的方向竖直向下;则浮力F等于重力G与阻力f之和,即: F=G+f。 二、填空题 14.(2019安徽)如图中物块甲和乙处于静止状态。 已知甲重12N,乙重8N,不计绳重及一切摩擦,则甲受到地面的支持力为________N。 【答案】4 【解析】物体甲受竖直向下的重力G甲=12N、竖直向上的拉力F拉=G乙=8N、竖直向上的地面的支持力F支作用而静止,处于平衡状态,由力的平衡条件得: G甲=F拉+F支, 则甲受到地面的支持力: F支=G甲﹣F拉=12N﹣8N=4N。 15.(2019湖北宜昌)消防员在紧急集合时,往往抓住一根竖直的杆从楼上滑下。 如果某消防员自身及装备质量共80kg,当他抓着竖直的杆匀速下滑时,杆对人的摩擦力是 N;接近地面时,他增大握力,则杆对手的摩擦力将 (选填: 增大、减小、不变)。 (g=10N/kg) 【答案】800;增大。 【解析】根据G=mg求出消防员自身及装备的重力;解决此题的关键是分析出在爬杆和爬绳时所受到的力: 重力和杆的摩擦力。 消防员自身及装备的重力: G=mg=80kg×10N/kg=800N, 当他抓着竖直的杆匀速下滑时,处于平衡状态,受到的重力和杆对人的摩擦力是一对平衡力,大小相等、方向相反,所以受到的摩擦力f=G=800N,方向竖直向上; 用更大的力握杆,对杆的压力变大,则杆对手的滑动摩擦力也增大。 16.(2019四川成都)如图所示,有两组同样的砖,A组一块,B组两块。 每块砖平放时的长: 宽: 高为4: 2: 1.A组砖对地面的压力和压强分别为FA和pA;B组砖对地面的压力和压强分别为FB和pB;则: FA FB,pA pB(选填“>”“=”“<”) 【答案】<;=。 【解析】两组砖对地面的压力均等于其重力,即可F=G,A组一块,B组两块,FA=G, FB=2G,.故FA<FA; A组砖侧放,则面积为SA=4×1=4;压强pA= = , B组砖平放,则面积为SB=4×2=8;压强pB= = = , 则pA=pB。 17.(经典能力题)物块A静止在粗糙程度均匀的水平桌面上,如图甲所示,物块A受到水平拉力F的作用,拉力F随时间t变化关系如图乙所示。 小萍从t=0开始,每隔2s记录一次物块A的位置(用“•”表示物块A),如图丙所示,6s~12s内物块所受的摩擦力为 N,10s~14s内物块的平均速度为 cm/s。 【答案】6;5.5。 【解析】 (1)由图丙知,12s~18s内物块在相同时间内通过的路程相等,所以此时间内物块做匀速直线运动,物块受到的摩擦力为滑动摩擦力,由图乙可知此时的拉力F=6N,由二力平衡条件可得,滑动摩擦力f=F=6N; 由图丙可知,6~10s内,物块处于运动状态,物块受到的摩擦力为滑动摩擦力,滑动摩擦力的大小与接触面的粗糙程度、物体间的压力大小有关,由于接触面的粗糙程度与物体间的压力都不变,所以滑动摩擦力大小不变,即6s~12s内物块所受摩擦力仍等于6N; (2)由图丙知,10s~14s内物块的平均速度: v= = =5.5cm/s。 18.(经典能力题)重为40N的物体放在水平地面上,在15N水平拉力作用下做匀速直线运动,物体受到的摩擦力为 N,当拉力增大为20N时,该物体受到的摩擦力为 N. 【答案】15;15. 【解析】 (1)物体处于静止或匀速直线运动状态时,受到的力是平衡力; (2)二力平衡的条件: 两个平衡力的大小相等,方向相反,作用在同一物体上,作用在同一直线上; (3)摩擦力的大小和压力接触面的粗糙程度有关,与推力大小无关. 物体在15N水平拉力作用下做匀速直线运动,所以物体处于平衡状态,因此推力和摩擦力是一对平衡力,大小相等,即f=F=15N; 当推力增加为20N时,压力和接触面的粗糙程度都没变,所以摩擦力仍为15N. 三、作图题: 本题共2小题,每小题2分,共4分. 19.(2019福建)如图,悬挂在天花板下的电灯处于静止状态。 画出电灯的受力示意图。 【答案】电灯所受重力和拉力的示意图如图: 【解答】悬挂在天花板下的电灯处于静止状态,受到重力和绳子对它的拉力作用,且是一对 平衡力。 电灯受到的重力方向竖直向下,作用点在重心上,拉力方向沿绳子向上,作用点也 画在电灯重心上,拉力与重力大小相等。 20.(2019四川内江)如图所示,刻度尺静止在手指上,请画出刻度尺所受力的示意图。 【答案】如图所示: 。 【解析】刻度尺静止在手指上,则接触处为尺子的重心;刻度尺受到重力G和手指对它的 支持力F,且这两个力平衡;重力从重心竖直向下画,支持力从重心竖直向上画,标出力的 符号,注意两条线段的长度相同。 四、实验探究题 21.(2019福建)如图是“测量滑动摩擦力大小”的实验装置示意图。 (1)如图甲中,将木板固定水平拉动木块,木块受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力 大小相等;图乙中,水平拉动木板,待测力计示数稳定后,木块受到的滑动摩擦力与其受到的水平拉力 大小相等。 (选填“一定”或“不一定“) (2)如图丙中,水平拉动木板,待测力计示数稳定后,测力计A的示数为4.0N,测力计B的示数为2.5N,木块受到的滑动摩擦力大小为 N.若增大拉力,当A的示数为4.8N时,B的示数为 N。 【答案】 (1)不一定;一定; (2)2.5;2.5。 【解析】 (1)摩擦力的大小是通过读取弹簧测力计的拉力得出的,这是依据了二力平衡的原理,因此,图甲要保持物体做匀速直线运动才行。 图甲在拉动木块时,很难让木块保持匀速直线运动状态,会导致弹簧测力计的示数不稳定;图甲与图乙的最大不同就是一个拉弹簧测力计,一个拉木
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- 备战 中考 物理 专题 08 平衡 条件