探究共點(diǎn)力的動(dòng)態(tài)平衡

祖銀芳

【摘要】共點(diǎn)力平衡中的動(dòng)態(tài)平衡問題一直是教學(xué)中的難點(diǎn)，是考查學(xué)生分析、推理能力的重要題型，一直是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容。教材中沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材來演示該類平衡，更沒有相應(yīng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。為了降低學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)知識(shí)的難度，親身體會(huì)這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，因此我設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生直觀明了的解決該類問題。

【關(guān)鍵詞】實(shí)驗(yàn)分析 共點(diǎn)力 動(dòng)態(tài)平衡

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2018）44-0151-01

共點(diǎn)力平衡中的動(dòng)態(tài)平衡問題一直是教學(xué)中的難點(diǎn)，是考查學(xué)生分析、推理能力的重要題型，一直是高考考查的熱點(diǎn)內(nèi)容，因此掌握分析這種問題的一般方法，在高一新課學(xué)習(xí)乃至高三物理復(fù)習(xí)中都有著舉足輕重的地位。教材中沒有相應(yīng)的實(shí)驗(yàn)器材來演示該類平衡，更沒有相應(yīng)的學(xué)生實(shí)驗(yàn)。為了降低學(xué)生學(xué)習(xí)這個(gè)知識(shí)的難度，親身體會(huì)這個(gè)動(dòng)態(tài)平衡的過程，理解掌握這種平衡問題的規(guī)律，本人設(shè)計(jì)該實(shí)驗(yàn)，通過該實(shí)驗(yàn)?zāi)苁箤W(xué)生直觀明了的解決該類問題。

共點(diǎn)力的動(dòng)態(tài)平衡是指，通過控制某一物理量，使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化，從宏觀上看，物體的運(yùn)動(dòng)是變化的，但從微觀上理解是平衡的，即任一時(shí)刻物體均處于平衡狀態(tài)。通常解題方法有圖解法、平衡方程式法、相似三角形法。本人用實(shí)驗(yàn)的方法來解決該類問題中，比較常見的三力動(dòng)態(tài)平衡的問題。

一、三個(gè)力平衡的特點(diǎn)

（1）三個(gè)力的合力為零。

（2）三個(gè)力中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等大反向。

（3）三個(gè)力平衡時(shí)，這三個(gè)力首尾連接構(gòu)成封閉的矢量三角形。

二、斜面傾角一定的斜面上的動(dòng)態(tài)平衡實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)

實(shí)例1：如圖1在光滑斜面上當(dāng)繩子從水平方向緩慢向上偏移時(shí)，球?qū)π泵娴膲毫图?xì)繩上的拉力將如何變化？

（1）實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，因?yàn)檎也坏焦饣男泵?，但支持力方向不變，在設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)，想到用繩子拉力替代斜面的支持力，并讓這個(gè)力方向不變，用拴在鐵架臺(tái)上的藍(lán)色繩子表示支持力的方向，就解決了光滑斜面的問題，如圖2。

（2）數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)和記錄

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：隨著夾角變小，支持力減小，拉力先減小后增大，其中在支持力和拉力的夾角為90度時(shí)，拉力最小。

（3）圖2用靜力傳感器探究，球?qū)π泵娴膲毫Γ琋逐漸減小，繩子的拉力T先減小后增大。

（4）圖3作圖分析，由分析可知，球?qū)π泵娴膲毫Γ琋逐漸減小，繩子的拉力T先減小后增大，實(shí)驗(yàn)與理論吻合。

三、在光滑圓面上的動(dòng)態(tài)平衡實(shí)驗(yàn)

實(shí)例2：如圖4小球在光滑半球面上緩慢移動(dòng)，各力如何變化？

（1）實(shí)驗(yàn)裝置設(shè)計(jì)，因?yàn)檎也坏焦饣膱A面，在設(shè)計(jì)本實(shí)驗(yàn)時(shí)，想到圓是由線段繞著一個(gè)端點(diǎn)做圓周，本實(shí)驗(yàn)就將繩子的一端固定，讓另一端旋轉(zhuǎn)，在旋轉(zhuǎn)的一段掛上200克鉤碼，類似上面的實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)，用拉力替代圓面的支持力，注意在數(shù)據(jù)測(cè)量的時(shí)候，要使拉力與圓的半徑共線，且要在操作時(shí)注意充當(dāng)半徑的繩子時(shí)剛好拉直，但沒拉力。本實(shí)驗(yàn)還利用定滑輪，使拉動(dòng)繩子時(shí)，操作方便。

（2）數(shù)據(jù)表設(shè)計(jì)和記錄

實(shí)驗(yàn)結(jié)論：支持力基本不變，拉力減小。

（3）圖5用靜力傳感器探究，得出N不變，F(xiàn)減小。

（4）作圖分析，如圖6，結(jié)論：h不變，比值不變，R不變，N不變， L減小，F(xiàn)減小，實(shí)驗(yàn)與理論吻合。