闡述初中物理課二力平衡條件的應用

孫巖

摘 要：二力平衡是初中物理學的重要內容之一，也是物理教學的重點和難點，因為二力平衡是很多知識點的前提和基礎，對其的學習和靈活運用在初中物理學習中顯得尤為重要，在初中物理教學中應該作為重點和難點。根據現有研究資料，結合在初中物理教學中的一些經驗，針對二力平衡知識點的學習及其應用進行分析，闡述二力平衡應用的前提和基礎以及應用的基本方式，包括其在力學題目、力的大小及方向等方面的應用。通過研究，希望能夠對初中二力平衡部分教學提供一些幫助和啟示。

關鍵詞：初中物理;二力平衡;應用;力學

在初中物理知識體系當中，二力平衡知識點是重點內容之一，這一部分知識點的學習上是后續很多物理學知識點學習的前提和基礎。包括力學題目、牛頓第一定律、重點實驗原理等。但是，在應用的過程要求學生必須熟練掌握這一知識點，只有這樣才能在學習的過程中靈活地加以運用。同時，在具體運用的過程中，既要將其與其他知識點結合起來，作為理解其他知識點的一個重要載體，又要結合具體的題目與其他知識靈活運用，作為解題的基本思路與方法。

一、二力平衡的定義及其理解

1.二力平衡的定義

二力平衡的定義學習是其靈活運用的前提和基礎，之所以如此重要因為這一知識點所包含的內容比較多，理解和掌握起來難度比較大。所謂的二力平衡是指一個物體受到兩個大小相同、方向相反、作用在同一物體和同一直線上，并且要保持靜止或者勻速直線運動?？梢钥闯?，要想真正達到二力平衡所需的條件比較多，其中的任何一個條件不成立都不能達到二力平衡。在理解這一概念的過程中，教師要結合具體的圖示或者視頻的方式進行，也可以列舉生活中的一些典型現象進行解釋說明。同時說明，二力平衡的本質什么，除了作用方向相反之外，其他條件完全一樣的情況下力的作用效果之間的相互抵消，即力的合力為0。用公式表示為：F1+F2=F合（F1=F2）。

在學習的時候可以適當地就二力平衡的概念進行深化，那就是力矩平衡，這是一種比較特殊的多力平衡狀態，其特殊性是多力共同作用于同一個物體，其合力為0的情況下即力矩平衡狀態，其本質上與二力平衡是一樣的。當然，其中的另外一個條件是物體靜止或者勻速旋轉。當然，這一知識點只是在二力平衡知識點的一種深化，只需要學生簡單了解即可，不需要熟練掌握和運用。

2.二力平衡知識點的理解

首先，就是二力平衡的基本條件，從前面的概念介紹中可以看出，二力平衡的條件是比較復雜和苛刻的。兩個力作用于一個物體之上且保持二力均衡，這是一種比較理想的狀態，在現實生活中絕對的二力平衡只能在實驗室中才有可能出現，因為地球引力的存在不可能在現實生活當中絕對的二力平衡，還有物體自身重量所產生的重力，所以說二力平衡當中的作用力在生活當中是一種比較理想的力的作用狀態。大小相等，力的大小實際上很難去控制，兩個大小完全相等的力，作用于同一物體本身也是一種比較理想的力的作用情況。方向相反，在現實生活當中，兩個方向完全相反的力，并且能夠保持力的大小完全相等，也只有在一些比較特殊的情況下才可能出現。力的作用必須在同一直線上，這一點需要結合力的作用過程來理解，如果并不是作用在同一直線上，物體的受力平衡就會受到影響，最終會影響到力在物體的區域分布，導致受力不平衡的情況出現。此外，力的作用效果是物體保持靜止，或者向任何一個方向做勻速直線運動。從上述條件當中可以看出，二力平衡的條件比較復雜煩瑣，其中任何一個條件缺失都構不成二力平衡。在講解的過程中，教師必須讓學生熟練掌握二力平衡的基本條件，只有掌握了條件才能在具體運用的過程中思考和判斷給定條件是否能夠構成二力平衡，并且使用二力平衡的原理來解釋，物理學上的其他知識點并將其應用到具體解題當中。其次，要幫助學生準確地區分，平衡力和相互作用力之間的區別，這兩個力學現象都是初中物理力的學習當中比較重要的知識點，也是學生容易混淆的兩個概念。教師要讓學生明確平衡力是作用在同一物體上在力的作用下能夠保持平衡的一組力，而相互作用力是作用在兩個不同物體上的兩種力。掌握了這一點，就能夠在具體應用當中將兩者準確地區分開來，避免因為混淆概念而影響到二力平衡知識點的運用。

二、二力平衡條件在相關概念和實驗教學中的應用

1.二力平衡條件在相關概念理解中的應用

二力平衡知識之所以在初中物理學中是最重要的基礎知識之一，一個非常重要的作用是其是理解其他基礎知識的條件或基礎知識。比如說牛頓第一定律，這是初中物理學生學習的第一個物理學知識點。人教版將這一定律的定義為“一切物體在沒有受到外力的作用時，總保持靜止狀態或勻速直線運動狀態”。這一定律是一個比較抽象的概念，主要是排除了力的前提條件，在理解這一概念的時候，教師可以假定一個重要前提，那就是雖然受外力作用，但是所有外力之和等于0，此時物體是否可以保持靜止或者勻速直線運動？這樣提示就是利用了二力平衡條件及其深化以后的知識。眾所周知，任何在地球上的物體都要受力的作用，在自然狀態之下幾乎沒有不受力的物體，但是為什么有一些物體能夠保持靜止不動，其原因就是其所受的力合力為0，其基本原理仍然是二力平衡條件。此外，在牛頓第二定律、勻速直線運動等方面概念的學習當中也可以引入二力平衡的條件進行研究與分析，對概念知識的認識和理解能夠起到良好的幫助作用。

2.二力平衡條件在初中物理實驗教學中的應用

在初中物理實驗中，很多實驗都與二力平衡條件有一定的關聯性，如果能夠將其應用到這些實驗中，可以提高實驗教學的效果。比如說探究物重與質量關系的實驗，這是初中物理教學中的一個演示實驗，實驗的過程就是使用彈簧秤來稱重物體的質量，實驗過程比較簡單，但是實驗中所包含的原理要想真正地掌握和理解有一定的難度。在實驗過程中，可以讓學生思考“怎么樣才能讓物體的稱重最為準確”。初中生在生活中很少使用彈簧秤，甚至很多學生沒有見過彈簧秤，在這種情況下就需要讓學生自己動手操作、觀察和記錄，不同稱重狀態之下，同一個物體在稱重質量上的變化，這一點學生通過觀察記錄很快就可以發現在物體不動的情況下稱重質量最準確。然后，教師可以讓學生思考為什么會出現這樣的結果，如果學生想不到二力平衡的條件，可以給學生一些提示，比如說“利用所學的力學知識思考一下”等，學生很快就會發現當物體保持靜止的時候，力保持了相對平衡，也就是物體質量在引力作用之下產生的向下的力，以及彈簧秤產生的向上力。然后讓學生思考為什么物體在運動的時候會影響到彈簧秤的稱重準確性，那就是其他力的作用影響到質量的準確性，從這個比較簡單的物理實驗中總結出很多知識點。除此之外，滑動摩擦力實驗、物體沉浮條件實驗等，這些都是和二力平衡條件有密切關系的實驗，在實驗教學中都可以應用二力平衡條件進行說明。

三、二力平衡條件在解題中的應用

二力平衡條件在解題當中的應用主要集中在兩個方面上，也就是根據已知條件判斷給定的兩個力在特定情況下是否屬于平衡力，或者是根據給出的平衡力與物體運動狀態的相關條件，來對物體進行力學的定性或者是定量計算分析。這是初中物理當中考查二力平衡條件運用的兩個主要方式。從相關習題設計情況來看，這兩種習題在實踐當中出現的概率都比較大，主要考查的是學生對二力平衡知識點的認識理解和運用能力。

如下圖所示兩個力，其分別為F1=10N，F2=10N，分析這兩個力是否能夠保持平衡。

這是一個比較簡單的有關二力平衡條件應用分析判斷的題目，從給定的條件當中可以看出，從表面上來看圖中的兩個力滿足二力平衡中的大小相等、方向相反、作用在同一物體上的條件，如果不仔細觀察可能會被圖中的條件迷惑，認為符合其二力平衡的標準。但是，仔細觀察之下就可以看出，圖中給定的條件缺失了一個非常重要的條件，那就是這兩個力并非是作用于一個物體上，所以說給定的條件不能滿足二力平衡條件，所以說上述兩個力不能保持平衡。

當然，在這樣比較簡單的分析和判斷在初中物理題目當中并不多見，實際上很多題目都涉及力的具體計算問題，但是這里的計算相對來說比較簡單。

某物體質量為1kg，放在水平桌面上保持靜止不動，則桌面對物體的支持力有多大，方向如何？

這道題看上去比較復雜，實際上如果運用二力平衡條件很快就能想到正確的答案，在物體保持不動的情況下，其受力是平衡的，物體因為質量和重力的影響會產生向下的重力，在保持平衡的情況下重力與支撐力保持平衡、合力為0，在解答的時候就可以使用二力平衡的條件去解答和計算。

解：G=mg=1kg×9.8N/kg=9.8N，即支撐力為9.8N，力的作用方向是垂直向上。

除此之外，在一些重力、物體運動相關的題目當中，解題思路也可以考慮二力平衡條件。因為，初中的力學知識點相對比較少，題目也相對比較簡單，很多題目當中都有二力平衡的知識點，所以教師在教學的過程中需要將其作為一個重要方面來分析。

總之，二力平衡是初中物理的一個重要知識點，在二力平衡條件的應用上教師讓學生熟練地掌握這一知識點及背后的原理，在此基礎上將這一條件應用到對其他知識點的學習及具體的解題實踐中，來提高學生對物理知識的掌握和運用能力。

參考文獻：

賴美君，彭朝陽.程序性知識的教與學：以“探究二力平衡的條件”教學為例[J].物理教學，2018（11）.

編輯 杜元元