高中物理动态平衡问题的解题方法探析

田霞芬

【摘  要】与初中物理相比，高中物理的学习对于学生来说，具有较大的難度，尤其是动态平衡问题，使得不少学生感到物理知识的抽象性。新高考改革后，高考物理试题中也增加了不少动态平衡问题。为进一步帮助学生理解、掌握这部分知识，学会解题方法，文章结合具体实例详细分析了动态平衡问题的解题方法，希望可以帮助更多的学生提高理解能力，强化物理学习效果。

【关键词】高中物理;核心素养;动态平衡;解题方法

引言：

在高中物理课程中，动态平衡属于难点问题，学生由于物理思维，理解能力的不足，面对动态平衡问题时，经常进入误区，难以掌握动态平衡解题方法。纵观以往高考物理试题，动态平衡问题一直都是热点，所以，帮助学生深入了解动态平衡问题解题方法，可以使得学生解题时，做到举一反三，从而提高物理学习能力，提升物理成绩。

一、物理动态平衡问题

在高中物理学习中，动态平衡问题主要指的就是当物体受到几个力的作用时，所发生的相对地面保持静止，或者出现位置缓慢移动的过程。研究这一问题的本质，不难发现，动态平衡问题的产生，主要就是所研究的对象，一直维持平衡状态，与此同时，合力一直保持为零。随着新高考改革，物理动态平衡问题成为近年来的热门考题。这类问题要求学生除了要掌握动态平衡问题的解题方法之外，更要学会思考问题中经常出现的一些细枝末节。

二、高中物理动态平衡问题的具体解决方法

概括来讲，矢量三角形法、辅助圆法、相似三角形法、解析法等都是解决动态平衡问题较为常用的方法。下面主要结合具体案例进行分析。

（一）图解法

1、利用辅助直线

在一个光滑斜面上，倾角为a，放置一个质量为m的球，如图1所示，并使用薄挡板以垂直地面方向对球进行竖直挡住，问题为：当挡板以逆时针进行转动时，挡板和斜面对球弹力的变化影响。针对此题目的解答，可以采用辅助直线的方式，分析球的受力情况，如图2所示，其中Nl与N2形成向上的F，因为该球一直处于动态平衡状，所以，可得F=mg。在挡板转动过程中，会对球产生N1方向的作用力，此时N2的方向一直维持原状，因此N1的端点主要集中在图2所示的虚线FN上，由此形成了一个平行四边形，通过分析可知，挡板对球的弹力Nl先变小，而后逐步增大，而斜面对球的弹力则属于一直减小状态。

2、利用辅助圆

对橡皮条施加拉力，由A、B两个弹簧秤将其拉到D点，并继续伸长到E点，如图3所示，由A、B与E分别产生的夹角为α、β，并且两个角相加小于90°。当A读数不发生变化时，减小α，则需要采用以下哪种方法，才可以保证D点由一直在E点位置维持现状？选项有：a使B的读数变大，β角变大;b使B的读数变大，β角变大;c使B的读数变小，β角变小;d使B的读数变大，β角变小。

分析此题目，明确提出了要让D点一直处于E点，因此，合力必须保持不变，为解决此问题，可以利用辅助圆的方式，将E点作为圆心，运用A拉力大小作为半径，画辅助圆，如图4所示，必然会出现B的拉力为圆上任一点到C点的有向线段，分析可知，当B的拉力减小时，β也会变小，由此，题目得出正确答案。

（二）三角函数法

将一个小球放置在木板与竖直墙面之间，此时墙面必然会对球产生一定的压力，假设该压力为Nl，同样的，木板也会对球产生压力N2，如图5所示，将二者的连接点水平直线作为轴线，以平稳的速度转到水平位置，该运动忽略其中的摩擦，问题：N1一直减小，N2一直增大;N1一直减小，N2一直减小;N1先增大后减小，N2一直减小;N1先增大后减小，N2先减小后增大。会出现哪种情况？

分析该球的受力情况，得出图6所示，假设木板和墙面之间的夹角为θ，此时N1等于mgcotθ，而N2则等于mg/sinθ.题目中说明了木板是平稳转动，所以θ会一直增大，而cotθ则减小，进而使得N1减小，sinθ便会逐渐增大，N2减小。此时，得出正确答案，即N1一直减小，N2一直减小。

（三）相似三角形法

除了上述两种方法之外，还可以借助相似三角形法解决动态平衡问题。例如，有这样一道题目，将一光滑半球固定在水平面上，并使用细绳在球心正上方固定一个小定滑轮，当缓慢拉绳时，让小球由A点向半球顶点滑动，问题：在此过程中，小球对半球的压力大小以及细绳的拉力大小的变化。解答此题目，首先需要分析小球受力情况，通过将小球对半球的压力以及细绳的拉力合成到竖直方向，不难发现，采用相似三角形方法解答，可以得到小球对半球的压力大小不变，细绳的拉力则变小。

三、结束语

综上所述，面对高中物理动态平衡问题，教师在教授学生解决方法时，应当注重引导学生学会慢分析，利用对比法，多在实践中总结，这样才可以更加清晰、正确的梳理出问题的关键，逐步形成物理思维，提高物理学习能力。

参考文献：

[1]陵双平.高中物理中动态平衡问题的解题方法探究[J].新智慧，2019，12（35）：262-263.

[2]李婷.浅谈高中物理力学中动态平衡问题的解决方法[J].高中数理化，2019，14（18）：341-342.