解决动态平衡问题小策略

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  〖摘要〗学生在学习高中物理过程中,受力分析往往是解决相关问题的关键,而受力分析中的动态平衡问题是高中物理学习中遇到的一大难点,但它又是高考的重点,本文从学困生的认知实际出发,提出具体解决动态平衡问题的方法,希望对物理学习中动态平衡问题有困难的同学有所裨益。
  〖关键词〗动态平衡  受力分析  学困生  解决策略
  一 什么是动态平衡。
  动态平衡是指物体的受力状态缓慢发生变化,但在变化过程中,任意时刻的状态均可视为平衡状态。
  二 学困生学习动态平衡现状分析
  学困生遇到此类题目时很难上手,大脑里面是朦胧的,不知道该用什么方法来解决,往往是靠猜测,其结果常常是惨目忍睹。
  三 解决策略
  我们分情况来看几个典型的例子,帮助学困生突破难点,为高考蓄力、加分。
  情况一:求解三力平衡问题中,已知一个力是恒力、另一个力方向不变的情况,一般采用图解法,即矢量三角形法,按照以下流程分析:
  例1 如图,在倾角为α的斜面上,放一质量为m的小球,小球和斜面及挡板间均无摩擦,开始时挡板竖直,现在让挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中( )
  A.斜面对球的支持力逐渐减小
  B.斜面对球的支持力逐渐增大
  C.挡板对小球的弹力先减小后减小
  D.挡板对小球的弹力先增大后增大
  分析:对小球受力分析知,小球受到重力mg、斜面的支持力N1和挡板的弹力N2,如图,当挡板绕O点逆时针缓慢地转向水平位置的过程中,小球所受的合力为零,根据平衡条件得知,N1和N2的合力与重力mg大小相等、方向相反。对学困生来说如何建构矢量三角形成为难点和易错点。
  采取策略:处理方法分三步走,第一步,将重力反向记为F,则F即为另外两个力的合力;第二步,过合力F的终点做方向不变的那个力(N1)的平行线,构建矢量三角形,第三步,看第三个力(N2)与F的夹角如何变化,线段的长短表示力的大小。由图看出,斜面对小球的支持力N1逐渐减小,挡板对小球的弹力N2先减小后增大,当N1和N2垂直时,弹力N2最小,故选项B、C错误,A、D正确.
  情况二:在三力平衡问题中,如果有一个力是恒力,另外两个力方向都变化,且题目给出了空间几何关系,多数情况下力的矢量三角形与空间几何三角形相似,可利用相似三角形对应边成比例求解(构建三角形时可能需要画辅助线).
  例2 如图,AC为上端带光滑轻质定滑輪的固定竖直杆,质量不计的轻杆BC一端通过铰链固定在C点,另一端B悬挂一重力为G的物体,且B端系有一根轻绳并绕过定滑轮,用力F拉绳,开始时∠BCA>90°,现使∠BCA缓慢变小,直到∠BCA=30°.此过程中,轻杆BC所受的力( )
  策略三:如右图,对球受力分析如图,由拉密定理得: ,由题意知mg和θ不变,则有 定值,α由大于90°减小到小于90°,则F1先变大后变小,β由90°增大到180°,则F2一直变小,故A、B、C正确。
  由以上可以看出,情况四的三种策略中,学困生最容易上手的是第三种,因为规律(拉密定理)易记,模型简单且不易出错。
  四 结束语
  求解动态平衡问题的方法有多种,本文仅从学困生思考力的实际出发,选取高考中的几个典型例子进行分析,分情况灵活采用解答策略,力求从小角度阐述具体操作步骤,帮助学困生掌握简单的分析动态平衡问题的一两种策略,既是为了增强他们学习物理自信心,又是为他们的高考加油鼓劲,越战越勇!
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