探究共點力的動態平衡

祖銀芳

【摘要】共點力平衡中的動態平衡問題一直是教學中的難點，是考查學生分析、推理能力的重要題型，一直是高考考查的熱點內容。教材中沒有相應的實驗器材來演示該類平衡，更沒有相應的學生實驗。為了降低學生學習這個知識的難度，親身體會這個動態平衡的過程，因此我設計該實驗，通過該實驗能使學生直觀明了的解決該類問題。

【關鍵詞】實驗分析 共點力 動態平衡

【中圖分類號】G633.7 【文獻標識碼】A 【文章編號】2095-3089（2018）44-0151-01

共點力平衡中的動態平衡問題一直是教學中的難點，是考查學生分析、推理能力的重要題型，一直是高考考查的熱點內容，因此掌握分析這種問題的一般方法，在高一新課學習乃至高三物理復習中都有著舉足輕重的地位。教材中沒有相應的實驗器材來演示該類平衡，更沒有相應的學生實驗。為了降低學生學習這個知識的難度，親身體會這個動態平衡的過程，理解掌握這種平衡問題的規律，本人設計該實驗，通過該實驗能使學生直觀明了的解決該類問題。

共點力的動態平衡是指，通過控制某一物理量，使物體的狀態發生緩慢的變化，從宏觀上看，物體的運動是變化的，但從微觀上理解是平衡的，即任一時刻物體均處于平衡狀態。通常解題方法有圖解法、平衡方程式法、相似三角形法。本人用實驗的方法來解決該類問題中，比較常見的三力動態平衡的問題。

一、三個力平衡的特點

（1）三個力的合力為零。

（2）三個力中任意兩個力的合力與第三個力等大反向。

（3）三個力平衡時，這三個力首尾連接構成封閉的矢量三角形。

二、斜面傾角一定的斜面上的動態平衡實驗設計

實例1：如圖1在光滑斜面上當繩子從水平方向緩慢向上偏移時，球對斜面的壓力和細繩上的拉力將如何變化？

（1）實驗裝置設計，因為找不到光滑的斜面，但支持力方向不變，在設計本實驗，想到用繩子拉力替代斜面的支持力，并讓這個力方向不變，用拴在鐵架臺上的藍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）數據表設計和記錄

實驗結論：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，拉力最小。

（3）圖2用靜力傳感器探究，球對斜面的壓力，N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，球對斜面的壓力，N逐漸減小，繩子的拉力T先減小后增大，實驗與理論吻合。

三、在光滑圓面上的動態平衡實驗

實例2：如圖4小球在光滑半球面上緩慢移動，各力如何變化？

（1）實驗裝置設計，因為找不到光滑的圓面，在設計本實驗時，想到圓是由線段繞著一個端點做圓周，本實驗就將繩子的一端固定，讓另一端旋轉，在旋轉的一段掛上200克鉤碼，類似上面的實驗設計，用拉力替代圓面的支持力，注意在數據測量的時候，要使拉力與圓的半徑共線，且要在操作時注意充當半徑的繩子時剛好拉直，但沒拉力。本實驗還利用定滑輪，使拉動繩子時，操作方便。

（2）數據表設計和記錄

實驗結論：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減小。

（4）作圖分析，如圖6，結論：h不變，比值不變，R不變，N不變， L減小，F減小，實驗與理論吻合。