高中物理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的解法

■山東省寧津縣第一中學(xué) 邢偉華

物理是研究物質(zhì)基本運(yùn)動(dòng)規(guī)律的學(xué)科，科學(xué)的分析過(guò)程是解決物理問(wèn)題的關(guān)鍵。高中物理復(fù)雜難懂，要想在冗長(zhǎng)的題干中準(zhǔn)確找到有效解題信息，必須正確把握題目中物體的狀態(tài)，這是物理解題成功的關(guān)鍵。物理學(xué)中物體的狀態(tài)較為復(fù)雜，一般包括平衡狀態(tài)、非平衡狀態(tài)和臨界狀態(tài)。在解物理題的過(guò)程中，找到研究對(duì)象所處的狀態(tài)和解題所要用到的基本原理，問(wèn)題基本上就迎刃而解了。

一、復(fù)合場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題解法

復(fù)合場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題是高中物理的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是高考的常考點(diǎn)。一般涉及磁場(chǎng)、電場(chǎng)、重力場(chǎng)等多種知識(shí)點(diǎn)。由于受力復(fù)雜，這類問(wèn)題求解相對(duì)困難。但是，如果能夠?qū)?fù)合場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題研究透徹，并以此為突破口，問(wèn)題就會(huì)迎刃而解。通常情況下，研究對(duì)象會(huì)由于受力均勻而處于平衡狀態(tài)。

例1：一個(gè)帶電粒子在電場(chǎng)、磁場(chǎng)、重力場(chǎng)的共同作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。其運(yùn)動(dòng)軌跡垂直于磁場(chǎng)。已知該粒子質(zhì)量為m，重力加速度為g，圓周運(yùn)動(dòng)的半徑為r，電場(chǎng)與重力場(chǎng)方向相同，豎直向下，磁場(chǎng)方向垂直于電場(chǎng)和重力場(chǎng)方向，并且垂直紙面向里，強(qiáng)度為B，電場(chǎng)強(qiáng)度為E，問(wèn)該帶電粒子的電荷類型。分析：該帶電粒子在場(chǎng)力的作用下做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，這是典型的復(fù)合場(chǎng)中的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題。學(xué)生要深入分析這種狀態(tài)的力學(xué)特征，結(jié)合題干可知，該帶電粒子在洛倫茲力、重力、電場(chǎng)力的共同作用下處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。因此，為了保持該粒子的穩(wěn)定性，必須存在豎直向上的力，與重力大小相等，方向相反，且處于同一平面內(nèi)。很顯然，洛倫茲力與重力處于垂直方向，因此這個(gè)與重力等大、反向的力只能是電場(chǎng)力。從題干中我們可以知道，電場(chǎng)方向是豎直向下的。因此綜合考慮題目信息可以得出微力的帶電類型。

二、斜面問(wèn)題中的動(dòng)態(tài)平衡

斜面問(wèn)題是每一個(gè)高中生都熟知的物理模型。研究對(duì)象一般為置于不光滑斜面上的物體。其難點(diǎn)是準(zhǔn)確分析研究對(duì)象的受力情況，并畫(huà)出受力圖。對(duì)于這類問(wèn)題的解題思路，同樣應(yīng)該從動(dòng)態(tài)平衡入手，深入分析物體所處的特殊位置。一般來(lái)說(shuō)，這類題目的研究對(duì)象一般處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。針對(duì)這兩種狀態(tài)，只要根據(jù)受力平衡原理畫(huà)出受力圖，然后列出平衡方程，這類問(wèn)題就可順利破解。因此解開(kāi)這類題目的關(guān)鍵在于如何正確判斷物體的特殊狀態(tài)，尤其是斜面存在摩擦的情況下，受摩擦力的作用影響，物體的受力狀況會(huì)變得非常復(fù)雜。但只要吃透其中的原理，并準(zhǔn)確無(wú)誤差地列出平衡方程就能得到正確答案。

例2：質(zhì)量為m的長(zhǎng)方體，在傾角為r的不光滑斜面上勻速向下滑動(dòng)，并且受到一個(gè)向右的水平推力作用。μ為動(dòng)摩擦系數(shù)，試分析該物體的受力狀況。分析：“勻速下滑”是題目的突破口，從這四個(gè)字可以得到，該物體處于動(dòng)態(tài)平衡狀態(tài)。具體來(lái)說(shuō)是指該物體在水平推力、重力和摩擦力的共同作用下，在垂直斜面方向和平行斜面方向都處于平衡狀態(tài)，據(jù)此可以列出平衡方程求解。在本題中題干已經(jīng)明確表明物體是沿斜面勻速下滑，也就是說(shuō)該物體是在做沿斜面向下的運(yùn)動(dòng)，由于滑動(dòng)摩擦力的方向是沿斜面向上，而水平推力的分解力分為沿斜面向上的力和垂直于斜面向下的力。因此沿斜面向下的力，只有重力的分解力?？梢該?jù)此畫(huà)出物體的受力圖并列出平衡方程求解。該題目中，由于已經(jīng)知道了物體是沿斜面勻速下滑，所以問(wèn)題相對(duì)簡(jiǎn)化，如果只告知物體處于平衡狀態(tài)，并未說(shuō)明是靜止?fàn)顟B(tài)還是勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。那么分析題目的時(shí)候既要考慮到動(dòng)態(tài)平衡，也要考慮到靜態(tài)平衡問(wèn)題，這就使問(wèn)題變得相對(duì)復(fù)雜。顯然，動(dòng)態(tài)平衡可以簡(jiǎn)化物理模型，為解題提供明確的理論框架和突破口。

三、結(jié)語(yǔ)

動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題是高中物理學(xué)常見(jiàn)的題型，在復(fù)雜的物理模型中，準(zhǔn)確找到平衡點(diǎn)，是能否順利解題的關(guān)鍵。學(xué)生只要明確分析物體的受力狀況，準(zhǔn)確找到動(dòng)態(tài)平衡點(diǎn)，并根據(jù)公式原理正確列出平衡方程，這類問(wèn)題就可成功破解。準(zhǔn)確把握高中物理中的動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題是提升高中生物理素養(yǎng)的有效途徑。