基于GeoGebra軟件物理工具的定制
——以“三力平衡的動態(tài)分析”為例

劉 勇 謝恩東

(安慶市第一中學(xué) 安徽 安慶 246003)

1 工具定制的可行性

GeoGebra軟件是一款非常好的幾何軟件，由于其作圖方便且具動態(tài)的特點(diǎn)深受數(shù)學(xué)、物理教師的青睞.GeoGebra軟件本身內(nèi)置了一些常用工具，如直線、橢圓、多邊形等，利用這些工具我們可以解決許多問題.在物理教學(xué)中會用到一些十分常見的幾何模型，如力的平行四邊形、拋物線軌跡中的位移和速度等，利用GeoGebra軟件內(nèi)置工具雖然能很好地完成上述動態(tài)圖，但在不同情境中重復(fù)操作會消耗教師大量的時(shí)間.GeoGebra軟件具有“定制工具”的功能，我們可以將用內(nèi)置工具制作好的常見基本模型打包組合成新的工具，并可保存以后使用.

2 制作工具的基本方法

“力的平行四邊形”模型是高中物理中常見的幾何模型，尤其在動態(tài)平衡問題中.下面以“三力平衡的動態(tài)分析”為例介紹新工具的制作方法.

2.1 力的平衡中平行四邊形

如圖1(a)、(b)、(c)為作圖步驟，隱藏輔助對象后效果如圖1(d)所示，動點(diǎn)A表示物體的位置，向量u表示其重力，大小可以通過動點(diǎn)D的位置實(shí)現(xiàn).向量a和v表示另外二力，其方向可以通過動點(diǎn)B和C實(shí)現(xiàn).

2.2 新建工具

選中菜單欄中“新建工具”，在選項(xiàng)卡中選擇適當(dāng)對象，輸出對象如圖2所示，輸入對象為A，B，C，名稱設(shè)定為：三力平衡.完成后工具欄中就會出現(xiàn)新“三力平衡”的工具. 在菜單欄中“管理工具”中可以將新建的工具另存為“三力平衡.ggt”,方便以后制作其他文件使用.

圖1 力的平行四邊形作圖步驟

圖2 新建工具的方法

2.3 工具的使用

我們可以在任何ggb文件中調(diào)用我們保存的自定義工具，新建一個(gè)ggb文件后再用菜單欄中“打開”工具打開“三力平衡.ggt”文件，用菜單欄中“定制工具欄”可以將“三力平衡”工具顯示在工具欄，如圖3所示.

圖3 新建工具的使用

3 實(shí)例應(yīng)用分析

【題目】(2016年高考全國理綜卷Ⅱ)質(zhì)量為m的物體用輕繩AB懸掛于天花板上.用水平向左的力F緩慢拉動繩的中點(diǎn)O，如圖4所示.用T表示繩OA段拉力的大小，在O點(diǎn)向左移動的過程中( )

圖4 例題圖

A.F逐漸變大，T逐漸變大

B.F逐漸變大，T逐漸變小

C.F逐漸變小，T逐漸變大

D.F逐漸變小，T逐漸變小

答案:A.

解析:O點(diǎn)受力分析如圖5所示(為隱藏輔助線后的效果圖)，結(jié)合圖像可知在O點(diǎn)向左移動的過程中，F(xiàn)逐漸變大，T逐漸變大.

圖5 O點(diǎn)受力分析圖

使用工具:

(1)繪制圖6(a)所示的圓弧和圓.

(2)利用“三力平衡”的工具畫出力的四邊形，表示物體的A點(diǎn)必須在圓弧d上，B,C點(diǎn)位置不限.

(3)作出射線AO(h)和過A點(diǎn)的水平線i，如圖6(b)所示.

(4)利用工具欄中“附著/脫離點(diǎn)”工具分別將B,C兩點(diǎn)附著在i，h上，如圖6(c)所示.

圖6 定制工具的使用

(5)隱藏輔助對象后，效果如圖5所示，移動物體可以看出各力的變化情況.