高中物理动态平衡问题的解法

2019-01-19山东省宁津县第一中学邢伟华

天津教育 2019年11期

■山东省宁津县第一中学邢伟华

物理是研究物质基本运动规律的学科，科学的分析过程是解决物理问题的关键。高中物理复杂难懂，要想在冗长的题干中准确找到有效解题信息，必须正确把握题目中物体的状态，这是物理解题成功的关键。物理学中物体的状态较为复杂，一般包括平衡状态、非平衡状态和临界状态。在解物理题的过程中，找到研究对象所处的状态和解题所要用到的基本原理，问题基本上就迎刃而解了。

一、复合场中的动态平衡问题解法

复合场中的动态平衡问题是高中物理的重点和难点，也是高考的常考点。一般涉及磁场、电场、重力场等多种知识点。由于受力复杂，这类问题求解相对困难。但是，如果能够将复合场中的动态平衡问题研究透彻，并以此为突破口，问题就会迎刃而解。通常情况下，研究对象会由于受力均匀而处于平衡状态。

例1：一个带电粒子在电场、磁场、重力场的共同作用下做匀速圆周运动。其运动轨迹垂直于磁场。已知该粒子质量为m，重力加速度为g，圆周运动的半径为r，电场与重力场方向相同，竖直向下，磁场方向垂直于电场和重力场方向，并且垂直纸面向里，强度为B，电场强度为E，问该带电粒子的电荷类型。分析：该带电粒子在场力的作用下做匀速圆周运动，这是典型的复合场中的动态平衡问题。学生要深入分析这种状态的力学特征，结合题干可知，该带电粒子在洛伦兹力、重力、电场力的共同作用下处于动态平衡状态。因此，为了保持该粒子的稳定性，必须存在竖直向上的力，与重力大小相等，方向相反，且处于同一平面内。很显然，洛伦兹力与重力处于垂直方向，因此这个与重力等大、反向的力只能是电场力。从题干中我们可以知道，电场方向是竖直向下的。因此综合考虑题目信息可以得出微力的带电类型。

二、斜面问题中的动态平衡

斜面问题是每一个高中生都熟知的物理模型。研究对象一般为置于不光滑斜面上的物体。其难点是准确分析研究对象的受力情况，并画出受力图。对于这类问题的解题思路，同样应该从动态平衡入手，深入分析物体所处的特殊位置。一般来说，这类题目的研究对象一般处于静止状态或匀速直线运动状态。针对这两种状态，只要根据受力平衡原理画出受力图，然后列出平衡方程，这类问题就可顺利破解。因此解开这类题目的关键在于如何正确判断物体的特殊状态，尤其是斜面存在摩擦的情况下，受摩擦力的作用影响，物体的受力状况会变得非常复杂。但只要吃透其中的原理，并准确无误差地列出平衡方程就能得到正确答案。

例2：质量为m的长方体，在倾角为r的不光滑斜面上匀速向下滑动，并且受到一个向右的水平推力作用。μ为动摩擦系数，试分析该物体的受力状况。分析：“匀速下滑”是题目的突破口，从这四个字可以得到，该物体处于动态平衡状态。具体来说是指该物体在水平推力、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处于平衡状态，据此可以列出平衡方程求解。在本题中题干已经明确表明物体是沿斜面匀速下滑，也就是说该物体是在做沿斜面向下的运动，由于滑动摩擦力的方向是沿斜面向上，而水平推力的分解力分为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。可以据此画出物体的受力图并列出平衡方程求解。该题目中，由于已经知道了物体是沿斜面匀速下滑，所以问题相对简化，如果只告知物体处于平衡状态，并未说明是静止状态还是匀速运动状态。那么分析题目的时候既要考虑到动态平衡，也要考虑到静态平衡问题，这就使问题变得相对复杂。显然，动态平衡可以简化物理模型，为解题提供明确的理论框架和突破口。