探討高中物理動態(tài)平衡問題的解法

邢偉華

物理是研究物質(zhì)基本運動規(guī)律的學科，科學的分析過程是解決物理問題的關(guān)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(tài)，這是物理解題成功的關(guān)鍵。物理學中物體的狀態(tài)較為復雜，一般包括平衡狀態(tài)、非平衡狀態(tài)和臨界狀態(tài)。在解物理題的過程中，找到研究對象所處的狀態(tài)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(tài)平衡問題解法

復合場中的動態(tài)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?qū)秃蠄鲋械膭討B(tài)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(tài)。

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(zhì)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(tài)平衡問題。學生要深入分析這種狀態(tài)的力學特征，結(jié)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(tài)平衡狀態(tài)。因此，為了保持該粒子的穩(wěn)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(nèi)。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(tài)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(tài)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(tài)或勻速直線運動狀態(tài)。針對這兩種狀態(tài)，只要根據(jù)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(guān)鍵在于如何正確判斷物體的特殊狀態(tài)，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(zhì)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(shù)，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(tài)平衡狀態(tài)。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(tài)，據(jù)此可以列出平衡方程求解。在本題中題干已經(jīng)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(jù)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(jīng)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(tài)，并未說明是靜止狀態(tài)還是勻速運動狀態(tài)。那么分析題目的時候既要考慮到動態(tài)平衡，也要考慮到靜態(tài)平衡問題，這就使問題變得相對復雜。顯然，動態(tài)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(jié)語

動態(tài)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(guān)鍵。學生只要明確分析物體的受力狀況，準確找到動態(tài)平衡點，并根據(jù)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(tài)平衡問題是提升高中生物理素養(yǎng)的有效途徑。

（責任編輯? 李 芳）