高中物理動態(tài)平衡問題的解題方法探析獲獎科研報告

高中物理動態(tài)平衡問題的解題方法探析獲獎科研報告

【摘

要】與初中物理相比，高中物理的學習對于學生來說，具有較大的難度，尤其是動態(tài)平衡問題，使得不少學生感到物理知識的抽象性。新高考改革后，高考物理試題中也增加了不少動態(tài)平衡問題。為進一步幫助學生理解、掌握這部分知識，學會解題方法，文章結(jié)合具體實例詳細分析了動態(tài)平衡問題的解題方法，希望可以幫助更多的學生提高理解能力，強化物理學習效果。

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

引言：

在高中物理課程中，動態(tài)平衡屬于難點問題，學生由于物理思維，理解能力的不足，面對動態(tài)平衡問題時，經(jīng)常進入誤區(qū)，難以掌握動態(tài)平衡解題方法?？v觀以往高考物理試題，動態(tài)平衡問題一直都是熱點，所以，幫助學生深入了解動態(tài)平衡問題解題方法，可以使得學生解題時，做到舉一反三，從而提高物理學習能力，提升物理成績。

一、物理動態(tài)平衡問題

在高中物理學習中，動態(tài)平衡問題主要指的就是當物體受到幾個力的作用時，所發(fā)生的相對地面保持靜止，或者出現(xiàn)位置緩慢移動的過程。研究這一問題的本質(zhì)，不難發(fā)現(xiàn)，動態(tài)平衡問題的產(chǎn)生，主要就是所研究的對象，一直維持平衡狀態(tài)，與此同時，合力一直保持為零。隨著新高考改革，物理動態(tài)平衡問題成為近年來的熱門考題。這類問題要求學生除了要掌握動態(tài)平衡問題的解題方法之外，更要學會思考問題中經(jīng)常出現(xiàn)的一些細枝末節(jié)。

二、高中物理動態(tài)平衡問題的具體解決方法

概括來講，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態(tài)平衡問題較為常用的方法。下面主要結(jié)合具體案例進行分析。

（一）圖解法

1、利用輔助直線

在一個光滑斜面上，傾角為a，放置一個質(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行豎直擋住，問題為：當擋板以逆時針進行轉(zhuǎn)動時，擋板和斜面對球彈力的變化影響。針對此題目的解答，可以采用輔助直線的方式，分析球的受力情況，如圖2所示，其中Nl與N2形成向上的F，因為該球一直處于動態(tài)平衡狀，所以，可得F=mg。在擋板轉(zhuǎn)動過程中，會對球產(chǎn)生N1方向的作用力，此時N2的方向一直維持原狀，因此N1的端點主要集中在圖2所示的虛線FN上，由此形成了一個平行四邊形，通過分析可知，擋板對球的彈力Nl先變小，而后逐步增大，而斜面對球的彈力則屬于一直減小狀態(tài)。

2、利用輔助圓

對橡皮條施加拉力，由A、B兩個彈簧秤將其拉到D點，并繼續(xù)伸長到E點，如圖3所示，由A、B與E分別產(chǎn)生的夾角為α、β，并且兩個角相加小于90°。當A讀數(shù)不發(fā)生變化時，減小α，則需要采用以下哪種方法，才可以保證D點由一直在E點位置維持現(xiàn)狀？選項有：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點一直處于E點，因此，合力必須保持不變，為解決此問題，可以利用輔助圓的方式，將E點作為圓心，運用A拉力大小作為半徑，畫輔助圓，如圖4所示，必然會出現(xiàn)B的拉力為圓上任一點到C點的有向線段，分析可知，當B的拉力減小時，β也會變小，由此，題目得出正確答案。

（二）三角函數(shù)法

將一個小球放置在木板與豎直墻面之間，此時墻面必然會對球產(chǎn)生一定的壓力，假設(shè)該壓力為Nl，同樣的，木板也會對球產(chǎn)生壓力N2，如圖5所示，將二者的連接點水平直線作為軸線，以平穩(wěn)的速度轉(zhuǎn)到水平位置，該運動忽略其中的摩擦，問題：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N1等于mgcotθ，而N2則等于mg/sinθ.題目中說明了木板是平穩(wěn)轉(zhuǎn)動，所以θ會一直增大，而cotθ則減小，進而使得N1減小，sinθ便會逐漸增大，N2減小。此時，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態(tài)平衡問題。例如，有這樣一道題目，將一光滑半球固定在水平面上，并使用細繩在球心正上方固定一個小定滑輪，當緩慢拉繩時，讓小球由A點向半球頂點滑動，問題：在此過程中，小球?qū)Π肭虻膲毫Υ笮∫约凹毨K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，通過將小球?qū)Π肭虻膲毫σ约凹毨K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?，細繩的拉力則變小。

三、結(jié)束語

綜上