高中物理動態(tài)平衡試題的解決方法

【摘要】本文主要對高中物理解題中動態(tài)平衡試題進行分析和淺談，并分享部分解題方法及案例.

【關(guān)鍵詞】高中物理解題；動態(tài)平衡試題

動態(tài)平衡既是高中物理力學部分的重點內(nèi)容，還是一大難點，主要涉及到力的平衡條件、分解和合成以及應(yīng)用等，屬于物理學中既基礎(chǔ)、又重要的知識點，在平常的解題訓(xùn)練中可為動態(tài)平衡試題安排專項練習，引領(lǐng)他們根據(jù)具體題目使用科學恰當?shù)慕忸}方法，使其順利突破疑難障礙，增強解題的自信心.

1 借助對象解析法解決動態(tài)平衡試題

例1 在圖1中，有一根輕繩1的兩端分別在M、N兩點上面進行固定，其中N點位于M點的右上方，在輕松1上面還討有一個質(zhì)量很輕且光滑的小環(huán)O，有一個物體P的質(zhì)量是m，通過另外一根輕繩2在小環(huán)的下方懸掛，此時為靜止狀態(tài)，且∠MON=60°，現(xiàn)在使用一個水平往右的拉力F慢慢把物體P拉動，最終讓輕繩2同MN的連線方向達到垂直狀態(tài)，重力加速度取g，那么以下選項中錯誤的為（ ）

（A）當施加這個拉力F之前，輕繩1的張力是33mg

（B）當物體P進行緩緩移動時，輕繩2的延長線一直是∠MON的角平分線

（C）當物體P進行緩緩移動時，輕繩2的張力可能是先變大、再變小

（D）當物體P進行緩緩移動時，輕繩2的張力始終變大

解 在A選項中，當施加這個拉力F之前，可把研究對象選擇為光滑小環(huán)O，其受到輕繩2的拉力就是物體P的重力mg，

2T1cos30°=mg在豎直方向上結(jié)合受力平衡情況能夠得到，

由此求出輕繩1的張力是T1=33mg，故是正確的；

在B選項中，當物體P進行緩緩移動時，仍然可把研究對象選擇為光滑小環(huán)O，因為其兩側(cè)輕繩1的張力始終一樣，那么它兩側(cè)輕繩1的張力合力始終沿著∠MON的角平分線，結(jié)合受力平衡情況能夠確定輕繩2的延長線一直是∠MON的角平分線，也是正確的；

C、D兩個選項可一起研究，當物體P進行緩緩移動時，輕繩2和豎直方向的夾角θ一直變大，這時需將研究對象選擇為物體P，

結(jié)合受力情況能夠得到T2cosθ=mg，則T2=mgcosθ，

那么輕繩2的張力始終變大，則C錯誤，D正確，

所以正確答案是選項C.

2 借助矢量三角形法解決動態(tài)平衡試題

例2 在圖2中，有一個豎直平面，里面存在一個質(zhì)量和忽略不計長度為R的輕桿AO，能夠圍繞點A進行自由轉(zhuǎn)動，現(xiàn)在使用一根輕繩往點O處懸掛一個物塊，重是G，另外一根輕繩的一段固定到點O處，即為圓弧的圓心，其余一端則固定到圓弧形墻壁之上的點C處，當這根輕繩端點從點C處沿著弧慢慢往上運動時，確保OA同地面之間的夾角θ恒定不發(fā)生變化，那么豎直輕繩的拉力T、輕繩的拉力TC、輕桿對點的彈力NA、變化情況分別是什么？

解 先分析這個物體的受力情況，其處理平衡狀態(tài)，那么拉力和物體重力G一樣，則豎直輕繩的拉力T保持不變；

再分析點O處的情況，點O受到細繩的拉力是G、OA的支持力N以及OC的拉力TC，由于處于平衡狀態(tài)，受力情況如圖3所示，求出N與OC細繩上拉力TC的合力，其合力等于體重力G，方向卻是相反的，

那么在OC細繩上面進行運動時，三角形的一條邊始終恒定不發(fā)生變化，其余部分會出現(xiàn)圖3里面的變化情況，N與OC細繩上拉力TC的合力于體重力G，方向恰好相反，

故在OC細繩端點往上運動時，輕桿AO對點O處的彈力NA慢慢變小，

輕繩的拉力TC則先變小、再變大.

3 借助相似三角形法解決動態(tài)平衡試題

例3 在圖4中，有一個14圓柱體P位于水平地面之上，右側(cè)同一個固定的豎直擋板Q相接觸，球心O的正方面存在一個大小能忽視不計的定滑輪A，有一根細繩跨過這個定滑輪，一端同位于圓柱體P上面質(zhì)量是m的NOk8dlZaYGgRouC0Cir6PQq9oSW2NXx8t+BRVbjRFdU=小球相連，另外一端則系到固定豎直桿上面的點B處，把一個質(zhì)量是m0的鉤碼掛到AB之間的細繩上面，該裝置達到靜止狀態(tài)，忽視一些摩擦力，如果往鉤碼下面添加一個相同的鉤碼，該裝置仍然達到靜止狀態(tài)時，小球也位于圓柱體P上面，那么這時同之前的靜止狀態(tài)相比較有什么變化？

（A）、輕繩產(chǎn)生的張力變小

（B）、圓柱體P對小球產(chǎn)生的彈力變大

（C）、圓柱體P對豎直擋板Q產(chǎn)生的壓力變大

（D）、圓柱體P對地面產(chǎn)生的壓力變小

解 A、B兩個選項可一起解析，小球受到的重力是mg，圓柱體P對其支持力為N，輕繩對其拉力是T，受力情況在圖5中呈現(xiàn)，根據(jù)相似三角形能夠得到mgAO=NR=TL，R是14圓柱體P的半徑，L是定滑輪左側(cè)細繩的長度，

往鉤碼下邊增加一個相同的鉤碼，將會往下移動，小球則沿著圓柱體往上移動，

當小球二次靜止時，因為R、mg、AO不變，L減小，

那么T變小，N不變，也就是輕繩產(chǎn)生的張力變小，圓柱體P對小球產(chǎn)生的彈力不變，

故A正確，B不正確；

在C選項中，對圓柱體與小球當作研究對象分析整體受力情況，結(jié)合水平方向的受力平衡發(fā)現(xiàn)FQO=Tsinθ，θ是定滑輪左側(cè)細繩和數(shù)值方向之間所成的夾角，因為T、θ均變小，那么Q對P的支持力變小，則P對Q的壓力變小，故不正確；

在D選項中，將圓柱體當作研究對象分析受力情況，

結(jié)合豎直方向受力平衡發(fā)現(xiàn)N=mPg+N′sinα，

α是小球?qū)A柱體壓力和水平方向之間所成的夾角，

因為N′不發(fā)生變化，α變大，

那么地面對P產(chǎn)生的支持力變大，

則P對地面產(chǎn)生的壓力變大，故不正確；

所以本題答案是A選項.

4 總結(jié)

總的來說，在高中物理解題教學活動中，教師可通過安排專題訓(xùn)練指導(dǎo)學生結(jié)合實際題目靈活選擇不同的解題方法，使其從中歸納與總結(jié)解題技巧，不斷提升他們的解題能力，同時有助于自身物理思維水平的提高.

參考文獻：

［1］陸玲霞. 由一道動態(tài)平衡問題的求解探討受力分析的方法 ［J］. 數(shù)理天地（高中版）， 2024， （18）： 20-21.

［2］陳梅宗. 高中物理力學中動態(tài)平衡問題的解法探析 ［J］. 數(shù)理化解題研究， 2024， （12）： 107-109.