探究共点力的动态平衡

祖银芳

【摘要】共点力平衡中的动态平衡问题一直是教学中的难点，是考查学生分析、推理能力的重要题型，一直是高考考查的热点内容。教材中没有相应的实验器材来演示该类平衡，更没有相应的学生实验。为了降低学生学习这个知识的难度，亲身体会这个动态平衡的过程，因此我设计该实验，通过该实验能使学生直观明了的解决该类问题。

【关键词】实验分析 共点力 动态平衡

【中图分类号】G633.7 【文献标识码】A 【文章编号】2095-3089（2018）44-0151-01

共点力平衡中的动态平衡问题一直是教学中的难点，是考查学生分析、推理能力的重要题型，一直是高考考查的热点内容，因此掌握分析这种问题的一般方法，在高一新课学习乃至高三物理复习中都有着举足轻重的地位。教材中没有相应的实验器材来演示该类平衡，更没有相应的学生实验。为了降低学生学习这个知识的难度，亲身体会这个动态平衡的过程，理解掌握这种平衡问题的规律，本人设计该实验，通过该实验能使学生直观明了的解决该类问题。

共点力的动态平衡是指，通过控制某一物理量，使物体的状态发生缓慢的变化，从宏观上看，物体的运动是变化的，但从微观上理解是平衡的，即任一时刻物体均处于平衡状态。通常解题方法有图解法、平衡方程式法、相似三角形法。本人用实验的方法来解决该类问题中，比较常见的三力动态平衡的问题。

一、三个力平衡的特点

（1）三个力的合力为零。

（2）三个力中任意两个力的合力与第三个力等大反向。

（3）三个力平衡时，这三个力首尾连接构成封闭的矢量三角形。

二、斜面倾角一定的斜面上的动态平衡实验设计

实例1：如图1在光滑斜面上当绳子从水平方向缓慢向上偏移时，球对斜面的压力和细绳上的拉力将如何变化？

（1）实验装置设计，因为找不到光滑的斜面，但支持力方向不变，在设计本实验，想到用绳子拉力替代斜面的支持力，并让这个力方向不变，用拴在铁架台上的蓝色绳子表示支持力的方向，就解决了光滑斜面的问题，如图2。

（2）数据表设计和记录

实验结论：随着夹角变小，支持力减小，拉力先减小后增大，其中在支持力和拉力的夹角為90度时，拉力最小。

（3）图2用静力传感器探究，球对斜面的压力，N逐渐减小，绳子的拉力T先减小后增大。

（4）图3作图分析，由分析可知，球对斜面的压力，N逐渐减小，绳子的拉力T先减小后增大，实验与理论吻合。

三、在光滑圆面上的动态平衡实验

实例2：如图4小球在光滑半球面上缓慢移动，各力如何变化？

（1）实验装置设计，因为找不到光滑的圆面，在设计本实验时，想到圆是由线段绕着一个端点做圆周，本实验就将绳子的一端固定，让另一端旋转，在旋转的一段挂上200克钩码，类似上面的实验设计，用拉力替代圆面的支持力，注意在数据测量的时候，要使拉力与圆的半径共线，且要在操作时注意充当半径的绳子时刚好拉直，但没拉力。本实验还利用定滑轮，使拉动绳子时，操作方便。

（2）数据表设计和记录

实验结论：支持力基本不变，拉力减小。

（3）图5用静力传感器探究，得出N不变，F减小。

（4）作图分析，如图6，结论：h不变，比值不变，R不变，N不变， L减小，F减小，实验与理论吻合。