高中物理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的解題方法探析

田霞芬

【摘 ?要】與初中物理相比，高中物理的學(xué)習(xí)對(duì)于學(xué)生來(lái)說(shuō)，具有較大的難度，尤其是動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，使得不少學(xué)生感到物理知識(shí)的抽象性。新高考改革后，高考物理試題中也增加了不少動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題。為進(jìn)一步幫助學(xué)生理解、掌握這部分知識(shí)，學(xué)會(huì)解題方法，文章結(jié)合具體實(shí)例詳細(xì)分析了動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的解題方法，希望可以幫助更多的學(xué)生提高理解能力，強(qiáng)化物理學(xué)習(xí)效果。

【關(guān)鍵詞】高中物理;核心素養(yǎng);動(dòng)態(tài)平衡;解題方法

引言：

在高中物理課程中，動(dòng)態(tài)平衡屬于難點(diǎn)問(wèn)題，學(xué)生由于物理思維，理解能力的不足，面對(duì)動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題時(shí)，經(jīng)常進(jìn)入誤區(qū)，難以掌握動(dòng)態(tài)平衡解題方法。縱觀以往高考物理試題，動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題一直都是熱點(diǎn)，所以，幫助學(xué)生深入了解動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題解題方法，可以使得學(xué)生解題時(shí)，做到舉一反三，從而提高物理學(xué)習(xí)能力，提升物理成績(jī)。

一、物理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題

在高中物理學(xué)習(xí)中，動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題主要指的就是當(dāng)物體受到幾個(gè)力的作用時(shí)，所發(fā)生的相對(duì)地面保持靜止，或者出現(xiàn)位置緩慢移動(dòng)的過(guò)程。研究這一問(wèn)題的本質(zhì)，不難發(fā)現(xiàn)，動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的產(chǎn)生，主要就是所研究的對(duì)象，一直維持平衡狀態(tài)，與此同時(shí)，合力一直保持為零。隨著新高考改革，物理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題成為近年來(lái)的熱門(mén)考題。這類(lèi)問(wèn)題要求學(xué)生除了要掌握動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的解題方法之外，更要學(xué)會(huì)思考問(wèn)題中經(jīng)常出現(xiàn)的一些細(xì)枝末節(jié)。

二、高中物理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題的具體解決方法

概括來(lái)講，矢量三角形法、輔助圓法、相似三角形法、解析法等都是解決動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題較為常用的方法。下面主要結(jié)合具體案例進(jìn)行分析。

（一）圖解法

1、利用輔助直線(xiàn)

在一個(gè)光滑斜面上，傾角為a，放置一個(gè)質(zhì)量為m的球，如圖1所示，并使用薄擋板以垂直地面方向?qū)η蜻M(jìn)行豎直擋住，問(wèn)題為：當(dāng)擋板以逆時(shí)針進(jìn)行轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，擋板和斜面對(duì)球彈力的變化影響。針對(duì)此題目的解答，可以采用輔助直線(xiàn)的方式，分析球的受力情況，如圖2所示，其中Nl與N2形成向上的F，因?yàn)樵撉蛞恢碧幱趧?dòng)態(tài)平衡狀，所以，可得F=mg。在擋板轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中，會(huì)對(duì)球產(chǎn)生N1方向的作用力，此時(shí)N2的方向一直維持原狀，因此N1的端點(diǎn)主要集中在圖2所示的虛線(xiàn)FN上，由此形成了一個(gè)平行四邊形，通過(guò)分析可知，擋板對(duì)球的彈力Nl先變小，而后逐步增大，而斜面對(duì)球的彈力則屬于一直減小狀態(tài)。

2、利用輔助圓

對(duì)橡皮條施加拉力，由A、B兩個(gè)彈簧秤將其拉到D點(diǎn)，并繼續(xù)伸長(zhǎng)到E點(diǎn)，如圖3所示，由A、B與E分別產(chǎn)生的夾角為α、β，并且兩個(gè)角相加小于90°。當(dāng)A讀數(shù)不發(fā)生變化時(shí)，減小α，則需要采用以下哪種方法，才可以保證D點(diǎn)由一直在E點(diǎn)位置維持現(xiàn)狀？選項(xiàng)有：a使B的讀數(shù)變大，β角變大;b使B的讀數(shù)變大，β角變大;c使B的讀數(shù)變小，β角變小;d使B的讀數(shù)變大，β角變小。

分析此題目，明確提出了要讓D點(diǎn)一直處于E點(diǎn)，因此，合力必須保持不變，為解決此問(wèn)題，可以利用輔助圓的方式，將E點(diǎn)作為圓心，運(yùn)用A拉力大小作為半徑，畫(huà)輔助圓，如圖4所示，必然會(huì)出現(xiàn)B的拉力為圓上任一點(diǎn)到C點(diǎn)的有向線(xiàn)段，分析可知，當(dāng)B的拉力減小時(shí)，β也會(huì)變小，由此，題目得出正確答案。

（二）三角函數(shù)法

將一個(gè)小球放置在木板與豎直墻面之間，此時(shí)墻面必然會(huì)對(duì)球產(chǎn)生一定的壓力，假設(shè)該壓力為Nl，同樣的，木板也會(huì)對(duì)球產(chǎn)生壓力N2，如圖5所示，將二者的連接點(diǎn)水平直線(xiàn)作為軸線(xiàn)，以平穩(wěn)的速度轉(zhuǎn)到水平位置，該運(yùn)動(dòng)忽略其中的摩擦，問(wèn)題：N1一直減小，N2一直增大;N1一直減小，N2一直減小;N1先增大后減小，N2一直減小;N1先增大后減小，N2先減小后增大。會(huì)出現(xiàn)哪種情況？

分析該球的受力情況，得出圖6所示，假設(shè)木板和墻面之間的夾角為θ，此時(shí)N1等于mgcotθ，而N2則等于mg/sinθ.題目中說(shuō)明了木板是平穩(wěn)轉(zhuǎn)動(dòng)，所以θ會(huì)一直增大，而cotθ則減小，進(jìn)而使得N1減小，sinθ便會(huì)逐漸增大，N2減小。此時(shí)，得出正確答案，即N1一直減小，N2一直減小。

（三）相似三角形法

除了上述兩種方法之外，還可以借助相似三角形法解決動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題。例如，有這樣一道題目，將一光滑半球固定在水平面上，并使用細(xì)繩在球心正上方固定一個(gè)小定滑輪，當(dāng)緩慢拉繩時(shí)，讓小球由A點(diǎn)向半球頂點(diǎn)滑動(dòng)，問(wèn)題：在此過(guò)程中，小球?qū)Π肭虻膲毫Υ笮∫约凹?xì)繩的拉力大小的變化。解答此題目，首先需要分析小球受力情況，通過(guò)將小球?qū)Π肭虻膲毫σ约凹?xì)繩的拉力合成到豎直方向，不難發(fā)現(xiàn)，采用相似三角形方法解答，可以得到小球?qū)Π肭虻膲毫Υ笮〔蛔?，?xì)繩的拉力則變小。

三、結(jié)束語(yǔ)

綜上所述，面對(duì)高中物理動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，教師在教授學(xué)生解決方法時(shí)，應(yīng)當(dāng)注重引導(dǎo)學(xué)生學(xué)會(huì)慢分析，利用對(duì)比法，多在實(shí)踐中總結(jié)，這樣才可以更加清晰、正確的梳理出問(wèn)題的關(guān)鍵，逐步形成物理思維，提高物理學(xué)習(xí)能力。

參考文獻(xiàn)：

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