高中物理動態平衡問題的解法

■山東省寧津縣第一中學 邢偉華

物理是研究物質基本運動規律的學科，科學的分析過程是解決物理問題的關鍵。高中物理復雜難懂，要想在冗長的題干中準確找到有效解題信息，必須正確把握題目中物體的狀態，這是物理解題成功的關鍵。物理學中物體的狀態較為復雜，一般包括平衡狀態、非平衡狀態和臨界狀態。在解物理題的過程中，找到研究對象所處的狀態和解題所要用到的基本原理，問題基本上就迎刃而解了。

一、復合場中的動態平衡問題解法

復合場中的動態平衡問題是高中物理的重點和難點，也是高考的常考點。一般涉及磁場、電場、重力場等多種知識點。由于受力復雜，這類問題求解相對困難。但是，如果能夠將復合場中的動態平衡問題研究透徹，并以此為突破口，問題就會迎刃而解。通常情況下，研究對象會由于受力均勻而處于平衡狀態。

例1：一個帶電粒子在電場、磁場、重力場的共同作用下做勻速圓周運動。其運動軌跡垂直于磁場。已知該粒子質量為m，重力加速度為g，圓周運動的半徑為r，電場與重力場方向相同，豎直向下，磁場方向垂直于電場和重力場方向，并且垂直紙面向里，強度為B，電場強度為E，問該帶電粒子的電荷類型。分析：該帶電粒子在場力的作用下做勻速圓周運動，這是典型的復合場中的動態平衡問題。學生要深入分析這種狀態的力學特征，結合題干可知，該帶電粒子在洛倫茲力、重力、電場力的共同作用下處于動態平衡狀態。因此，為了保持該粒子的穩定性，必須存在豎直向上的力，與重力大小相等，方向相反，且處于同一平面內。很顯然，洛倫茲力與重力處于垂直方向，因此這個與重力等大、反向的力只能是電場力。從題干中我們可以知道，電場方向是豎直向下的。因此綜合考慮題目信息可以得出微力的帶電類型。

二、斜面問題中的動態平衡

斜面問題是每一個高中生都熟知的物理模型。研究對象一般為置于不光滑斜面上的物體。其難點是準確分析研究對象的受力情況，并畫出受力圖。對于這類問題的解題思路，同樣應該從動態平衡入手，深入分析物體所處的特殊位置。一般來說，這類題目的研究對象一般處于靜止狀態或勻速直線運動狀態。針對這兩種狀態，只要根據受力平衡原理畫出受力圖，然后列出平衡方程，這類問題就可順利破解。因此解開這類題目的關鍵在于如何正確判斷物體的特殊狀態，尤其是斜面存在摩擦的情況下，受摩擦力的作用影響，物體的受力狀況會變得非常復雜。但只要吃透其中的原理，并準確無誤差地列出平衡方程就能得到正確答案。

例2：質量為m的長方體，在傾角為r的不光滑斜面上勻速向下滑動，并且受到一個向右的水平推力作用。μ為動摩擦系數，試分析該物體的受力狀況。分析：“勻速下滑”是題目的突破口，從這四個字可以得到，該物體處于動態平衡狀態。具體來說是指該物體在水平推力、重力和摩擦力的共同作用下，在垂直斜面方向和平行斜面方向都處于平衡狀態，據此可以列出平衡方程求解。在本題中題干已經明確表明物體是沿斜面勻速下滑，也就是說該物體是在做沿斜面向下的運動，由于滑動摩擦力的方向是沿斜面向上，而水平推力的分解力分為沿斜面向上的力和垂直于斜面向下的力。因此沿斜面向下的力，只有重力的分解力。可以據此畫出物體的受力圖并列出平衡方程求解。該題目中，由于已經知道了物體是沿斜面勻速下滑，所以問題相對簡化，如果只告知物體處于平衡狀態，并未說明是靜止狀態還是勻速運動狀態。那么分析題目的時候既要考慮到動態平衡，也要考慮到靜態平衡問題，這就使問題變得相對復雜。顯然，動態平衡可以簡化物理模型，為解題提供明確的理論框架和突破口。

三、結語

動態平衡問題是高中物理學常見的題型，在復雜的物理模型中，準確找到平衡點，是能否順利解題的關鍵。學生只要明確分析物體的受力狀況，準確找到動態平衡點，并根據公式原理正確列出平衡方程，這類問題就可成功破解。準確把握高中物理中的動態平衡問題是提升高中生物理素養的有效途徑。