高中物理 03 重力、弹力、摩檫力、牛三定律

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一、常见力的分析——重力、弹力、摩擦力

力是改变物体运动状态的原因，高中阶段首先需掌握三种“接触/非接触常见力”的产生条件、方向判断和大小计算，这是后续力的合成与平衡问题的基础。

（1）重力——地球对物体的引力（非接触力）

产生条件：物体在地球附近（地球引力的作用），与物体是否接触无关。

大小计算：\(G = mg\)，其中\(g\)为重力加速度（地球表面附近\(g≈9.8m/s²\)，粗略计算可取\(10m/s²\)，随纬度升高而增大，随高度升高而减小），\(m\)为物体质量（固有属性，与位置无关）。

方向判断：竖直向下（指向地心的近似方向，与水平面垂直，而非“垂直于支持面”——例：斜面上的物体，重力方向仍竖直向下，不沿斜面方向）。

作用点：重力的等效作用点称为重心，质量分布均匀、形状规则的物体，重心在几何中心（如正方体在中心，球体在球心）；质量分布不均匀或形状不规则的物体，重心可用“悬挂法”确定（重心可能在物体外部，如圆环的重心在圆心）。

（2）弹力——接触且发生弹性形变的物体间的作用力（接触力）

弹力的核心是“弹性形变”（物体形变后能恢复原状的形变），方向和大小均与形变相关，需分“绳类”“面类”“杆类”三种典型模型判断。

产生条件：① 两物体直接接触；② 接触处发生弹性形变（缺一不可，例：静止在光滑水平面上的两个靠在一起的小球，无弹性形变，无弹力）。

方向判断：与物体“恢复原状的趋势”方向一致，分模型记忆：

1. 绳/线类：只能产生“拉力”，方向沿绳指向绳收缩的方向（绳不能承受压力，松弛时弹力为零）；

2. 面与面接触（如物体放在桌面、斜面）：弹力为“支持力”或“压力”，方向垂直于接触面指向受力物体（例：物体在斜面上，支持力垂直斜面向上；物体对斜面的压力垂直斜面向下）；

3. 杆类：可产生拉力或压力，方向不一定沿杆（需结合运动状态判断，例：一端固定的杆，另一端悬挂物体静止时，杆的弹力沿杆向上；若杆带动物体做圆周运动，杆的弹力可能沿杆或垂直杆）。

大小计算：

1. 弹簧弹力（胡克定律）：\(F = kx\)，其中\(k\)为弹簧的劲度系数（由弹簧本身的材料、粗细、匝数决定，单位N/m），\(x\)为弹簧的“形变量”（伸长量或压缩量，即形变后长度与原长的差值，非总长度）；

2. 非弹簧弹力：需结合平衡条件（静止或匀速直线运动时合力为零）或牛顿第二定律计算，无固定公式。

（3）摩擦力——接触、有弹力且有相对运动/趋势的物体间的作用力（接触力）

摩擦力分“静摩擦力”和“滑动摩擦力”，核心区别是“是否发生相对滑动”，方向始终与“相对运动/趋势”相反，大小计算方式不同。

产生条件（三条件缺一不可）：

① 两物体直接接触；

② 接触处有弹力（弹力是摩擦力的前提）；

③ 两物体间有“相对运动”（滑动摩擦）或“相对运动趋势”（静摩擦）。

滑动摩擦力：

1. 方向：与两物体间的“相对运动方向”相反（例：物体在水平地面上向右滑动，滑动摩擦力向左；传送带向右运动，物体刚放上去时相对传送带向左滑动，滑动摩擦力向右）；

2. 大小：\(f = \mu F_N\)，其中\(\mu\)为动摩擦因数（由接触面的材料、粗糙程度决定，无单位，\(\mu < 1\)），\(F_N\)为接触处的正压力（垂直于接触面的弹力，不一定等于重力，例：物体在斜面上，\(F_N = mg\cos\theta\)，\(\theta\)为斜面倾角）。

静摩擦力：

1. 方向：与两物体间的“相对运动趋势方向”相反（需通过“假设法”判断：假设接触面光滑，物体将向哪个方向运动，静摩擦力就与该方向相反）；

2. 大小：无固定公式，随外力变化而变化，遵循“平衡条件”——静摩擦力大小等于“使物体产生相对运动趋势的外力大小”，范围为\(0 < f_{\text{静}} ≤ f_{\text{max}}\)（\(f_{\text{max}}\)为最大静摩擦力，近似等于滑动摩擦力，\(f_{\text{max}} ≈ \mu F_N\)，物体刚要滑动时的静摩擦力等于\(f_{\text{max}}\)）。

二、牛顿第三运动定律——作用力与反作用力的关系

牛顿第三定律揭示了“力的相互性”，需明确“作用力与反作用力”和“平衡力”的本质区别，避免混淆。

内容：两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等、方向相反、作用在同一条直线上，且同时产生、同时消失、性质相同。

核心特点（与平衡力对比）：

| 对比项         | 作用力与反作用力               | 平衡力（如物体静止时的重力与支持力） |

| 作用物体       | 作用在两个不同物体上       | 作用在同一个物体上               |

| 力的性质       | 性质相同（如都是弹力、都是摩擦力） | 性质可能不同（如重力是引力，支持力是弹力） |

| 依赖关系       | 同时产生、同时消失             | 一个力消失，另一个力可能仍存在       |

实例：人推桌子的力（作用力，作用在桌子上）和桌子对人的反作用力（作用在人上），大小相等、方向相反；物体对桌面的压力（作用力，弹力）和桌面对物体的支持力（反作用力，弹力），大小相等、方向相反。

三、力的合成与分解——矢量运算的核心（平行四边形定则）

力是矢量，运算遵循“平行四边形定则”，合成是“由分力求合力”，分解是“由合力求分力”，分解需按“实际效果”或“解题方便”进行（通常正交分解）。

（1）力的合成（求合力）

平行四边形定则：以两个分力\(F_1\)、\(F_2\)为邻边作平行四边形，其对角线的长度表示合力\(F_{\text{合}}\)的大小，对角线的方向表示合力的方向。

特殊情况（简化计算）：

1. 两个分力共线：① 同向时，\(F_{\text{合}} = F_1 + F_2\)，方向与分力相同；② 反向时，\(F_{\text{合}} = |F_1 - F_2|\)，方向与较大分力相同；

2. 两个分力垂直（正交）：\(F_{\text{合}} = \sqrt{F_1² + F_2²}\)，合力方向与\(F_1\)的夹角\(\theta\)满足\(\tan\theta = \frac{F_2}{F_1}\)；

3. 两个分力大小相等，夹角为\(\theta\)：\(F_{\text{合}} = 2F_1\cos\frac{\theta}{2}\)，方向沿夹角平分线。

合力范围：\(|F_1 - F_2| ≤ F_{\text{合}} ≤ F_1 + F_2\)（分力大小不变时，夹角越大，合力越小）。

（2）力的分解（求分力）

本质：合成的逆运算，仍遵循平行四边形定则——以合力为对角线，作平行四边形，邻边即为分力（分解不唯一，需按“实际效果”确定方向）。

常用分解方法（正交分解）：将所有力沿相互垂直的两个方向（x轴、y轴） 分解，分解后：

1. x轴方向的合力\(F_{x合} = F_{1x} + F_{2x} + …\)（沿x轴正方向为正，负方向为负）；

2. y轴方向的合力\(F_{y合} = F_{1y} + F_{2y} + …\)；

3. 总合力\(F_{\text{合}} = \sqrt{F_{x合}² + F_{y合}²}\)（若平衡，则\(F_{x合}=0\)且\(F_{y合}=0\)）。

典型分解实例：斜面上的物体，重力\(mg\)可分解为：① 沿斜面向下的分力\(F_1 = mg\sin\theta\)（使物体有沿斜面下滑的趋势）；② 垂直斜面向下的分力\(F_2 = mg\cos\theta\)（使物体对斜面产生压力）。

四、共点力的平衡——合力为零的状态

共点力是指“作用在物体上的所有力的作用线交于一点”（或力的作用点相同），平衡状态是“静止”或“匀速直线运动”（加速度为零），核心条件是“合力为零”。

（1）平衡条件

矢量条件：\(F_{\text{合}} = 0\)；

正交分解条件：\(F_{x合} = 0\)且\(F_{y合} = 0\)（所有力在x、y轴上的分力代数和均为零）。

（2）解题步骤（三步法）

1. 受力分析：按“重力→弹力→摩擦力→其他力”的顺序分析（避免漏力或多力），画出受力示意图；

2. 建立坐标系：沿“运动趋势方向”或“力的方向”建立x、y轴（尽量使更多力沿轴方向，减少分解量）；

3. 列平衡方程：x轴方向分力代数和为零，y轴方向分力代数和为零，解方程求未知力。

例题1：重力与重心的判断 题目：关于重力和重心，下列说法正确的是（  ）

A. 重力的方向总是垂直于地面向下

B. 物体的重心一定在物体上

C. 质量分布均匀的空心球，重心在球心处

D. 物体的质量越大，重力加速度越大

解析：A错误，重力方向是“竖直向下”，而非“垂直地面”（地面可能倾斜）；B错误，重心可能在物体外（如圆环）；C正确，质量均匀的空心球，几何中心在球心，重心与几何中心重合；D错误，重力加速度由位置决定，与物体质量无关。

答案：C

例题2：弹簧弹力的计算（胡克定律） 题目：一根劲度系数\(k=100N/m\)的弹簧，原长\(L_0=0.2m\)，现被拉长至\(L=0.3m\)，求弹簧的弹力大小；若被压缩至\(L'=0.15m\)，弹力大小又为多少？

解析：胡克定律\(F=kx\)，\(x\)为形变量（伸长量或压缩量）。

拉长时：\(x = L - L_0 = 0.3 - 0.2 = 0.1m\)，\(F = 100×0.1 = 10N\)（拉力）；

压缩时：\(x = L_0 - L' = 0.2 - 0.15 = 0.05m\)，\(F = 100×0.05 = 5N\)（压力）。

答案：拉长时弹力10N，压缩时弹力5N。

例题3：弹力方向的判断（杆类模型） 题目：一端固定的轻杆（质量不计），另一端固定一个小球，在下列状态中，杆对小球的弹力方向沿杆的是（  ）

A. 小球静止在竖直平面内，杆水平放置

B. 小球静止在竖直平面内，杆竖直放置

C. 小球在竖直平面内做匀速圆周运动，杆水平时

D. 小球在竖直平面内做匀速圆周运动，杆竖直时

解析：杆的弹力方向不一定沿杆，需看是否需要“提供垂直杆的力”。

A：杆水平，小球静止，重力竖直向下，若弹力仅沿杆（水平），无法平衡重力，需有垂直杆的力，弹力不沿杆；

B：杆竖直，小球静止，重力竖直向下，弹力沿杆向上即可平衡，方向沿杆；

C：匀速圆周运动需向心力（指向圆心），杆水平时，向心力需水平指向圆心（沿杆），但重力竖直向下，需垂直杆的力平衡重力，弹力不沿杆；

D：杆竖直时，向心力沿杆（竖直方向），重力竖直向下，弹力沿杆方向即可提供向心力并平衡重力，方向沿杆。

答案：BD

例题4：滑动摩擦力的计算（斜面模型） 题目：一个质量\(m=5kg\)的物体，在倾角\(\theta=37°\)的斜面上匀速下滑，已知\(\sin37°=0.6\)，\(\cos37°=0.8\)，\(g=10m/s²\)，求物体受到的滑动摩擦力大小和动摩擦因数\(\mu\)。

解析：物体匀速下滑，沿斜面方向平衡（滑动摩擦力=重力沿斜面向下的分力）。

沿斜面方向：\(f = mg\sin\theta = 5×10×0.6 = 30N\)；

垂直斜面方向：正压力\(F_N = mg\cos\theta = 5×10×0.8 = 40N\)；

由\(f = \mu F_N\)得\(\mu = \frac{f}{F_N} = \frac{30}{40} = 0.75\)。

答案：滑动摩擦力30N，动摩擦因数0.75。

例题5：静摩擦力方向的判断（假设法） 题目：将物体A放在物体B上，B放在水平地面上，现用水平拉力F拉B，A、B保持相对静止一起向右匀速运动，判断A受到的静摩擦力方向。

解析：用假设法：假设A、B间无静摩擦力（接触面光滑），因A、B原来一起匀速，无相对运动趋势，A仍会保持匀速，不会相对B滑动，因此A不受静摩擦力（静摩擦力为零）。

答案：A不受静摩擦力（或静摩擦力方向不存在，大小为零）。

例题6：静摩擦力大小的计算（平衡条件） 题目：一个质量\(m=2kg\)的物体，静止在水平地面上，用水平拉力F拉物体，当F=3N时，物体未动；当F=5N时，物体仍未动；当F=7N时，物体刚要滑动，求前两次物体受到的静摩擦力大小和最大静摩擦力。

解析：静摩擦力大小等于使物体产生趋势的外力（水平拉力），平衡时\(f_{\text{静}}=F\)。

F=3N时，\(f_{\text{静1}}=3N\)；

F=5N时，\(f_{\text{静2}}=5N\)；

物体刚要滑动时，静摩擦力达到最大，\(f_{\text{max}}=7N\)。

答案：F=3N时静摩擦力3N，F=5N时静摩擦力5N，最大静摩擦力7N。

例题7：牛顿第三定律的应用（作用力与反作用力） 题目：人站在体重秤上静止，下列说法中，属于作用力与反作用力的是（  ）

A. 人对秤的压力和秤对人的支持力

B. 人的重力和秤对人的支持力

C. 人的重力和人对秤的压力

D. 秤的重力和秤对人的支持力

解析：作用力与反作用力需满足“作用在两个物体、性质相同、大小相等、方向相反”。

A：人对秤的压力（作用在秤上，弹力）和秤对人的支持力（作用在人上，弹力），符合反作用力条件；

B：人的重力（作用在人上，引力）和秤的支持力（作用在人上，弹力），作用在同一物体，是平衡力；

C：人的重力（引力）和人对秤的压力（弹力），性质不同，不是反作用力；

D：秤的重力（作用在秤上）和秤对人的支持力（作用在人上），性质不同，不是反作用力。

答案：A

例题8：两个共点力的合成（垂直情况） 题目：两个大小分别为\(F_1=6N\)和\(F_2=8N\)的共点力，夹角为90°，求它们的合力大小和方向。

解析：垂直分力的合成用勾股定理，方向用三角函数表示。

合力大小：\(F_{\text{合}} = \sqrt{F_1² + F_2²} = \sqrt{6² + 8²} = 10N\)；

方向：设合力与\(F_1\)的夹角为\(\theta\)，则\(\tan\theta = \frac{F_2}{F_1} = \frac{8}{6} = \frac{4}{3}\)，\(\theta=53°\)（即合力与6N的力成53°角，与8N的力成37°角）。

答案：合力大小10N，方向与6N力成53°角（或与8N力成37°角）。

例题9：两个共点力的合成（合力范围） 题目：两个共点力的大小分别为3N和5N，求它们的合力可能的取值范围；若两个力的夹角增大，合力如何变化？

解析：合力范围为\(|F_1 - F_2| ≤ F_{\text{合}} ≤ F_1 + F_2\)。

最小值：\(|5 - 3| = 2N\)（两力反向）；

最大值：\(5 + 3 = 8N\)（两力同向）；

夹角增大时，合力减小（分力大小不变，夹角越大，平行四边形对角线越短）。

答案：合力范围2N~8N，夹角增大时合力减小。

例题10：力的正交分解（水平拉力斜拉物体） 题目：用与水平方向成37°角的斜向上的拉力\(F=10N\)拉质量\(m=2kg\)的物体，物体在水平地面上静止，求物体对地面的压力大小（\(\sin37°=0.6\)，\(\cos37°=0.8\)，\(g=10m/s²\)）。

解析：对拉力F正交分解（水平x轴，竖直y轴），竖直方向平衡（重力=支持力+F的竖直分力）。

F的竖直分力：\(F_y = F\sin37° = 10×0.6 = 6N\)（向上）；

竖直方向平衡：\(mg = F_N + F_y\)，则支持力\(F_N = mg - F_y = 2×10 - 6 = 14N\)；

物体对地面的压力与地面对物体的支持力是反作用力，大小相等，即14N。

答案：14N

例题11：共点力平衡（三力平衡） 题目：一个质量\(m=3kg\)的物体，用两根轻绳悬挂在天花板上，一根绳水平，另一根绳与竖直方向成37°角，求两根绳的拉力大小（\(\sin37°=0.6\)，\(\cos37°=0.8\)，\(g=10m/s²\)）。

解析：受力分析：重力\(mg\)（向下）、水平绳拉力\(F_1\)（向左）、倾斜绳拉力\(F_2\)（沿绳向上）。建立坐标系（x轴水平，y轴竖直），列平衡方程。

x轴：\(F_1 = F_2\sin37°\)（水平方向平衡）；

y轴：\(F_2\cos37° = mg\)（竖直方向平衡）；

由y轴方程得：\(F_2 = \frac{mg}{\cos37°} = \frac{3×10}{0.8} = 37.5N\)；

代入x轴方程：\(F_1 = 37.5×0.6 = 22.5N\)。

答案：水平绳拉力22.5N，倾斜绳拉力37.5N。

例题12：共点力平衡（斜面静止物体） 题目：一个质量\(m=4kg\)的物体，静止在倾角\(\theta=30°\)的斜面上，求斜面对物体的支持力和静摩擦力大小（\(g=10m/s²\)）。

解析：受力分析：重力\(mg\)（向下）、支持力\(F_N\)（垂直斜面向上）、静摩擦力\(f_{\text{静}}\)（沿斜面向上，平衡重力沿斜面向下的分力）。

垂直斜面方向：\(F_N = mg\cos\theta = 4×10×\cos30° = 4×10×\frac{\sqrt{3}}{2} = 20\sqrt{3} ≈ 34.64N\)；

沿斜面方向：\(f_{\text{静}} = mg\sin\theta = 4×10×0.5 = 20N\)。

答案：支持力约34.64N（或\(20\sqrt{3}N\)），静摩擦力20N。

例题13：摩擦力的综合判断（动静转换） 题目：水平地面上有一个质量\(m=10kg\)的物体，动摩擦因数\(\mu=0.2\)，最大静摩擦力\(f_{\text{max}}=25N\)，用水平拉力F拉物体：（1）F=15N时，物体静止，求静摩擦力；（2）F=22N时，物体静止，求静摩擦力；（3）F=30N时，物体滑动，求滑动摩擦力。

解析：静摩擦力随拉力变化，滑动摩擦力由\(\mu F_N\)计算。

（1）F=15N < \(f_{\text{max}}\)，物体静止，\(f_{\text{静}}=F=15N\)；

（2）F=22N < \(f_{\text{max}}\)，物体静止，\(f_{\text{静}}=F=22N\)；

（3）F=30N > \(f_{\text{max}}\)，物体滑动，\(F_N=mg=10×10=100N\)，\(f_{\text{滑}}=\mu F_N=0.2×100=20N\)。

答案：（1）15N；（2）22N；（3）20N。

例题14：力的合成（三力合成） 题目：三个共点力大小分别为\(F_1=2N\)、\(F_2=3N\)、\(F_3=4N\)，三力同向时合力最大；三力如何分布时合力最小？最小合力为多少？

解析：三力合成的最小合力需看“较小两力的合力能否与最大力平衡”。

先合成\(F_1\)和\(F_2\)，其合力范围为\(|3-2|=1N\)~\(3+2=5N\)；

最大力\(F_3=4N\)，在\(F_1\)与\(F_2\)的合力范围内，因此当\(F_1\)与\(F_2\)的合力与\(F_3\)大小相等、方向相反时，三力合力最小，为0。

答案：当\(F_1\)与\(F_2\)的合力与\(F_3\)反向时，合力最小，最小合力为0。

例题15：牛顿第三定律与平衡的结合 题目：一个重\(G=500N\)的人站在重\(G'=1000N\)的船上，船静止在水面上，若人用\(F=100N\)的力水平推船，求船对人的摩擦力大小和方向，以及船受到的总摩擦力（水对船的摩擦力）。

解析：（1）人推船的力与船对人的反作用力是\(F=100N\)（方向相反），人静止，水平方向平衡，因此船对人的摩擦力与反作用力大小相等、方向相反，即\(f=100N\)（与人推船的方向相同）；

（2）船静止，水平方向平衡，人对船的推力（100N）与水对船的摩擦力大小相等、方向相反，因此水对船的摩擦力为100N（与人推船的方向相反）。

答案：船对人的摩擦力100N（与人推船方向相同），水对船的摩擦力100N（与人推船方向相反）。

例题16：弹力的综合判断（多接触点） 题目：如图（示意图：水平地面上有一楔形块A，A的斜面上有一物体B，B静止，A也静止），分析物体B和楔形块A的受力情况。

解析：（1）物体B的受力：① 重力\(m_Bg\)（竖直向下）；② A对B的支持力\(F_{N1}\)（垂直斜面向上，弹力）；③ A对B的静摩擦力\(f_{1}\)（沿斜面向上，因B有沿斜面下滑的趋势）；

（2）楔形块A的受力：① 重力\(m_Ag\)（竖直向下）；② 地面对A的支持力\(F_{N2}\)（竖直向上，弹力）；③ B对A的压力\(F_{N1}'\)（垂直斜面向下，\(F_{N1}\)的反作用力）；④ B对A的静摩擦力\(f_{1}'\)（沿斜面向下，\(f_{1}\)的反作用力）；⑤ 地面对A的静摩擦力\(f_{2}\)（水平向左，因\(F_{N1}'\)和\(f_{1}'\)的水平分力向右，A静止需向左的摩擦力平衡）。

答案：B受重力、支持力、静摩擦力；A受重力、地面支持力、B的压力、B的静摩擦力、地面静摩擦力。

例题17：共点力平衡（动态平衡） 题目：用轻绳一端固定在天花板上，另一端系一个小球，用水平力F缓慢拉动小球，使绳与竖直方向的夹角逐渐增大，在此过程中，绳的拉力T和水平力F如何变化？

解析：缓慢拉动时，小球始终静止（动态平衡），受力：重力\(mg\)（向下）、绳拉力T（沿绳向上）、水平力F（向右）。建立坐标系（y轴竖直，x轴水平），列平衡方程：

y轴：\(T\cos\theta = mg\) → \(T = \frac{mg}{\cos\theta}\)；

x轴：\(F = T\sin\theta = mg\tan\theta\)；

夹角\(\theta\)增大时，\(\cos\theta\)减小，\(\tan\theta\)增大，因此T增大，F增大。

答案：绳的拉力T增大，水平力F增大。

例题18：滑动摩擦力的方向（相对运动） 题目：传送带以\(v=2m/s\)的速度水平向右匀速运动，将一个初速度为0的物体轻放在传送带上，物体在传送带上滑动一段距离后与传送带共速，求物体滑动过程中受到的滑动摩擦力方向。

解析：物体刚放上传送带时，传送带向右运动，物体相对传送带向左滑动（相对运动方向向左），滑动摩擦力方向与相对运动方向相反，因此滑动摩擦力向右（使物体加速，最终与传送带共速）。

答案：滑动摩擦力方向水平向右。

例题19：力的分解（实际效果分解） 题目：将一个重\(G=100N\)的物体放在倾角\(\theta=45°\)的斜面上，将重力沿“沿斜面”和“垂直斜面”方向分解，求两个分力的大小。

解析：按实际效果，重力分解为“使物体沿斜面下滑的分力\(F_1\)”和“使物体压斜面的分力\(F_2\)”。

\(F_1 = G\sin\theta = 100×\sin45° = 100×\frac{\sqrt{2}}{2} = 50\sqrt{2} ≈ 70.7N\)；

\(F_2 = G\cos\theta = 100×\cos45° = 50\sqrt{2} ≈ 70.7N\)。

答案：沿斜面向下的分力约70.7N（或\(50\sqrt{2}N\)），垂直斜面向下的分力约70.7N（或\(50\sqrt{2}N\)）。

例题20：共点力平衡的综合计算（四力平衡） 题目：一个质量\(m=5kg\)的物体，在水平拉力\(F=20N\)、水平向左的摩擦力\(f=10N\)、竖直向下的重力\(mg\)和竖直向上的支持力\(F_N\)作用下，沿水平方向运动，若物体做匀速直线运动，求支持力\(F_N\)的大小和物体的加速度（若有）。

解析：匀速直线运动是平衡状态，合力为零。

竖直方向：无其他力，\(F_N = mg = 5×10 = 50N\)；

水平方向：合力\(F_{\text{合x}} = F - f = 20 - 10 = 10N\)，但物体匀速，说明题目中“摩擦力”应为10N（与拉力平衡），因此水平合力为零，加速度\(a=0\)（若摩擦力为10N，拉力20N，物体不会匀速，需注意题目条件：匀速时水平方向合力为零，因此摩擦力应等于拉力20N，可能题目表述误差，按匀速条件，\(f=F=20N\)，合力为零，加速度为零）。

答案：支持力50N，加速度为0（因匀速运动，合力为零）。

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