基于GeoGebra软件物理工具的定制——以“三力平衡的动态分析”为例

刘 勇 谢恩东

(安庆市第一中学 安徽 安庆 246003)

1 工具定制的可行性

GeoGebra软件是一款非常好的几何软件，由于其作图方便且具动态的特点深受数学、物理教师的青睐.GeoGebra软件本身内置了一些常用工具，如直线、椭圆、多边形等，利用这些工具我们可以解决许多问题.在物理教学中会用到一些十分常见的几何模型，如力的平行四边形、抛物线轨迹中的位移和速度等，利用GeoGebra软件内置工具虽然能很好地完成上述动态图，但在不同情境中重复操作会消耗教师大量的时间.GeoGebra软件具有“定制工具”的功能，我们可以将用内置工具制作好的常见基本模型打包组合成新的工具，并可保存以后使用.

2 制作工具的基本方法

“力的平行四边形”模型是高中物理中常见的几何模型，尤其在动态平衡问题中.下面以“三力平衡的动态分析”为例介绍新工具的制作方法.

2.1 力的平衡中平行四边形

如图1(a)、(b)、(c)为作图步骤，隐藏辅助对象后效果如图1(d)所示，动点A表示物体的位置，向量u表示其重力，大小可以通过动点D的位置实现.向量a和v表示另外二力，其方向可以通过动点B和C实现.

2.2 新建工具

选中菜单栏中“新建工具”，在选项卡中选择适当对象，输出对象如图2所示，输入对象为A，B，C，名称设定为：三力平衡.完成后工具栏中就会出现新“三力平衡”的工具. 在菜单栏中“管理工具”中可以将新建的工具另存为“三力平衡.ggt”,方便以后制作其他文件使用.

图1 力的平行四边形作图步骤

图2 新建工具的方法

2.3 工具的使用

我们可以在任何ggb文件中调用我们保存的自定义工具，新建一个ggb文件后再用菜单栏中“打开”工具打开“三力平衡.ggt”文件，用菜单栏中“定制工具栏”可以将“三力平衡”工具显示在工具栏，如图3所示.

图3 新建工具的使用

3 实例应用分析

【题目】(2016年高考全国理综卷Ⅱ)质量为m的物体用轻绳AB悬挂于天花板上.用水平向左的力F缓慢拉动绳的中点O，如图4所示.用T表示绳OA段拉力的大小，在O点向左移动的过程中( )

图4 例题图

A.F逐渐变大，T逐渐变大

B.F逐渐变大，T逐渐变小

C.F逐渐变小，T逐渐变大

D.F逐渐变小，T逐渐变小

答案:A.

解析:O点受力分析如图5所示(为隐藏辅助线后的效果图)，结合图像可知在O点向左移动的过程中，F逐渐变大，T逐渐变大.

图5 O点受力分析图

使用工具:

(1)绘制图6(a)所示的圆弧和圆.

(2)利用“三力平衡”的工具画出力的四边形，表示物体的A点必须在圆弧d上，B,C点位置不限.

(3)作出射线AO(h)和过A点的水平线i，如图6(b)所示.

(4)利用工具栏中“附着/脱离点”工具分别将B,C两点附着在i，h上，如图6(c)所示.

图6 定制工具的使用

(5)隐藏辅助对象后，效果如图5所示，移动物体可以看出各力的变化情况.