平衡思想在物理中利用

朱增辉 丁三红 张光红

平衡思想是解决物理问题的基本科学思想。本文将从二力平衡、共点力平衡、静电平衡和热力学平衡四个方面来研究平衡思想的内容，通过对平衡的研究能够让更多人知道平衡思想的重要性，生活中也离不开这一思想。

地球上的所有物体都会受到力的作用，不受力的物体是不存在的。在物理学中我们把物体受到几个力的作用，还能保持静止状态或者是匀速直线运动状态叫做平衡。物体在平衡状态下受到的力叫做平衡力，这就是我们认识平衡的最初思想。平衡思想的分析我主要从力学、电学、热学三个方面来着手。在力学部分，我将从二力平衡和共点力平衡两方面来分析平衡思想。

1 二力平衡

1.1二力平衡的条件：作用在同一物体上的两个力，如果这两个力大小相等、方向相反，并且在一条直线上，这两个力就彼此平衡。

那么，要判断这两个力是不是平衡力就看是否具备这些条件。

1.2 例题分析

例题： 如图所示，一物块在斜面上，此时物块处于静止状态，下列关于平衡力的说法正确的是（   ）

A.物块受到的一个分重力G1与摩擦力f是一对平衡力;

B .物块对斜面的压力N2与斜面对物块的支持力N1是一对平衡力;

C.物块受到的重力G与物块对斜面的压力N2是一对平衡力;

解析：B选项中物块对斜面的压力是作用在斜面上，而斜面对物块的支持力是作用在物块上，两个力不满足作用在同一物体上，所以这两个力不是一对平衡力，因此B选项错误;C 选项中G 的方向是竖直向下，而压力N2的方向是垂直于斜面向下，G跟N1大小不相等、方向相同且不在同一直线上，所以这两个力不是一对平衡力。因此C选项错误。

1.3 小结

通过这两道例题的研究，使我们更加深入的了解了二力平衡的相关知识，二力平衡在生活中的应用也很多，比如：人骑自行车（人和自行车达到一个动态平衡，自行车就不会倒）、桌面上的花瓶（花瓶受到自身的重力与桌面对花瓶的支持力是一对平衡力）等等，都是生活中常见的二力平衡例子。

2 共点力平衡

2.1 共点力：两个或两个以上的力作用在物体上的同一点， 或它们的延长线相交于同一点（力的作用点相同）。

2.2 处理共点力平衡问题的方法：物体的受力分析;力的合成与分解

2.3 例题分析：有OA、OB、OC三条细绳，它们能承受的最大拉力相同。在结点O处悬挂一物块。如图所示，A端、 B 端固定在墙上且OA端水平。若往 C端的物块上慢慢增加砝码，问最先断的绳是（     ）

A.必定是 OA

B.必定是 OB

C.必定是 OC

D.可能是 OB， 也可能是 OC

解析：力的分解法 . 由题意可知，物块的重力G等于C绳的拉力T，即G=T，OA、OB绳的拉力可分解为如图 1所示重力OC的两个分力 F A 和 F B， 又由几何关系可知三段绳中 OB绳的拉力最大，因此逐渐增加砝码时， 最先断的绳是OB。

力的合成法。由题意可知，O点的受力分析如图2，F A 、 F B 分别表示OA、OB绳的拉力， OA、OB绳的合力为F ， 因为结点 O 质量不计， 因此它受到的力 F 与 OC张力大小相等、方向相反。如图 2所示 ， 由平行四边形定则可知： OB绳中张力最大， 因此慢慢增加砝码使物块重力增大时， OB绳先达到最大拉力， 所以最先断的绳是 OB。

2.4 小结：处理共点力平衡问题的方法很多，例如：整体与隔离法、转换法、解析法、图解法等等，我们要根据物理情景来看，合理的利用相关方法来解答，能有效高效的提高我们解答问题的速度和准确度。学习好了这个内容，在生活中会发现做事情不会那么复杂了，使问题简化了好多！

了解了力学中平衡思想的应用，下面我们来看一下在电学部分平衡思想的应用，我将从静电平衡来分析。

3 静电平衡

3.1 静电平衡：在导体中存在许多可以自由移动的电荷，当自由电荷受到电场力（或其他力）时，其所受到的这些力会达到一个平衡点就不会做定向运动的状态，我们 把这种状态叫做静电平衡状态。

3.2 静电平衡的必要条件：导体内部各点电场强度为零。

3.3 性质：（1）平衡条件：E=0;

（2）场强分布：E内=0（导体内）;

（3）电荷分布：内部无电荷，只分布于表面。

3.4 例题分析：q是一点电荷，M是一不带电的金属空腔，N是一小纸屑。在

下列情况中N会被吸引的是（    ）

解析：小纸屑能否被吸引取决于它所在位置是否存在电场。如下图所示，画出4个图的电场线，若小纸屑所处位置存在电场（或该处电场强度不为零），则小纸屑会被吸引，若小纸屑所处的位置不存在电场（该处电场强度为零），则不会被吸引。由图可知，A和C中的小纸屑会被吸引。

3.5小结

在解决静电平衡类问题时，一定要清楚理解静电平衡的相关知识。静电屏蔽是静电平衡的一个应用，此现象在生活中很常见，例如：在电梯里打电话，打不通等等。

4 热力学平衡

4.1 热力学平衡态：一个与外围环境没有物质、能量交换的系统，不管其初态怎么变化，在一定时间后，系统的各种宏观性质在长时间内没有任何变化，这样的状态我们称为热力学平衡态。

4.2 特点：不随时间变化;分布尽可能均匀。

4.3 例题：有冷、热、温三种不同温度的水，一个小孩先把双手同时分别放入冷水和热水中，过了一会，小孩又把双手同时放入温水中。请问：经过一段时间后，两只手对“温水”的感觉如何？（  ）

A：一只手很烫，一只手很冰;

B： 两只手都很烫;

C： 两只手都很冰;

D：两只手的感受到的温度一样，不烫不冰，适中。

解析：当小孩的手放在冷水和热水中时，他的手会分别感觉到冷和热两种状态，当我们过一会后把双手放入温水中，他会感觉到摸冷水的手在温水中会慢慢变热，而摸热水的手在温水中会慢慢降温，经过一段时间后，会发现他的双手感觉到的温度一样，因此正确答案是D。

4.4 小结：在解决热力学平衡这一块问题时，一定要细心，这块内容在生活中也常会被利用。

5 结论

平衡思想在物理领域中有很重要的地位，使许多物理问题得到简化。同学们在学习中要细心，学习好平衡思想这内容后，会发现平衡思想在很多方面都有利用到，它可以提高学生的物理素质，培育物理思维。平衡思想跟我们的生活息息相关，学好了平衡思想，把握好物理规律，融会贯通对初中物理各方面知识是极其有用的，对我们在生活上的用处是很大的。平衡思想不仅仅是在书本上会用到，在我们生活中也方方面面都存在的。比如：我们买菜会用到秤，这个秤砣上有刻度，刻度显示的读数就是称砣称量出的菜的重量，就是一种平衡;小朋友在公园玩的跷跷板、杂技演员走钢丝，身体要有一个平衡、我们骑自行车也是要身体跟自行車达到一个平衡才不会倒等等，这些都是我们生活中用到的平衡，所以平衡这一思想是无处不在的！

（作者单位：黔南民族师范学院物理与电子科学学院）