潘亞瓊

【內(nèi)容摘要】力學(xué)是高中物理教學(xué)的核心模塊之一，更是高考中物理試題的熱點(diǎn)和難點(diǎn)內(nèi)容，由于這一部分內(nèi)容屬于物理知識(shí)的基礎(chǔ)模塊，但在知識(shí)的考查上又往往會(huì)結(jié)合許多科學(xué)思想與解題方法，因此與力學(xué)相關(guān)的考點(diǎn)近年來(lái)備受命題者的青睞。本文結(jié)合力學(xué)中平衡問(wèn)題在高考中的應(yīng)用，總結(jié)了解決此類問(wèn)題的解題步驟與方法，旨在為學(xué)生在力學(xué)平衡問(wèn)題上的學(xué)習(xí)提供一定的借鑒和參考。

【關(guān)鍵詞】高考? 力學(xué)平衡? 解題方法

經(jīng)過(guò)對(duì)近些年來(lái)高考中物理試題的研究，筆者發(fā)現(xiàn)，高考中與力學(xué)平衡問(wèn)題相關(guān)的考點(diǎn)主要是共點(diǎn)力平衡的應(yīng)用。解決此類問(wèn)題，要求學(xué)生在對(duì)力學(xué)的基本性質(zhì)定理牢固掌握的基礎(chǔ)上，熟悉力的分解與合成方法，把握整體與隔離的物理思想。只有保證學(xué)生在基礎(chǔ)、運(yùn)算和思想方法上全面把握教材內(nèi)容，學(xué)生在遇到此類題目時(shí)才能夠做到有的放矢，游刃有余。

一、確定研究對(duì)象，進(jìn)行受力分析

在力學(xué)平衡問(wèn)題中，確定研究對(duì)象是做題的第一步，在研究對(duì)象的選取上，一般有兩種方法：整體和隔離。一般情況下，如果題目中的研究對(duì)象是由多個(gè)物體組成，且整個(gè)系統(tǒng)的物理狀態(tài)均相同，所要求解的是整個(gè)系統(tǒng)的外力，這時(shí)我們就可以采用整體法，將系統(tǒng)中的所有對(duì)象視為一個(gè)整體來(lái)研究。

確定了研究對(duì)象之后，下一步就是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，根據(jù)題目中所給定的研究情景，將研究對(duì)象的受力情況在受力圖中表示出來(lái)。在進(jìn)行受力分析時(shí)，首先要按照不同的性質(zhì)力，如重力、彈力、摩擦力等對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，以免漏掉某個(gè)力的存在。另外還要注意作出受力圖之后，要注意回過(guò)頭來(lái)檢查此受力圖是否可以使研究對(duì)象保持題目中所給出的狀態(tài)。

二、分析平衡狀態(tài)，確定求解方法

處于平衡狀態(tài)下的物體和系統(tǒng)，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)并不會(huì)發(fā)生改變，所以系統(tǒng)的加速度a=0，從而根據(jù)牛頓第二定律，物體或者系統(tǒng)所受的合力為零。因此，判斷物體是否處于平衡狀態(tài)就要判斷其所受的合外力是否為零，換言之，所有處于平衡狀態(tài)的系統(tǒng)或物體的合力都為零。

在平衡問(wèn)題的求解中，如果系統(tǒng)是在兩個(gè)力的作用下保持平衡，則可以直接利用二力平衡方程來(lái)求解。當(dāng)出現(xiàn)三力平衡的情況時(shí)，則可以采用合成法來(lái)進(jìn)行分析，根據(jù)受力平衡的條件，我們可以將物體或系統(tǒng)的受力情況轉(zhuǎn)化到“力學(xué)三角形”中來(lái)求解，這也是在高中物理力學(xué)部分較為常用的一種解題方法。除了以上兩種比較簡(jiǎn)單的受力情況，有些時(shí)候題目中還會(huì)出現(xiàn)多力平衡的情況，這一類問(wèn)題的受力分析往往比較復(fù)雜，通常情況下我們會(huì)采用正交分解法來(lái)解決這一類問(wèn)題。

三、典型例題分析，進(jìn)行總結(jié)歸納

例1：合成法

一個(gè)質(zhì)量為m的物體靜止在一個(gè)傾角為30°的斜面上，試求物體所受的支持力和摩擦力。

解析：通過(guò)對(duì)物體進(jìn)行受力分析可得，斜面和小物塊都靜止，系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)，而小物塊的受到重力、摩擦力和支持力的作用，屬于三力平衡的情況。因此，解答此題首先要對(duì)小物塊進(jìn)行受力分析，作出其受力圖，根據(jù)三力平衡狀態(tài)下的物體，任意兩個(gè)力的合力都與第三個(gè)力等大反向的關(guān)系，解出此題。需要注意的是，對(duì)小物體的受力分析必須要準(zhǔn)確，很多學(xué)生會(huì)根據(jù)自己的感覺(jué)出現(xiàn)“加力”或者“少力”的情況。如在本題中，很多學(xué)生常常會(huì)感性地覺(jué)得小物塊還會(huì)受到一個(gè)“下滑力”的作用，這是錯(cuò)誤的。

例2：正交分解法

水平地面上放置了一個(gè)木塊，如果對(duì)該木塊施加一個(gè)與水平方向夾角為60°的拉力F1，木塊恰好做勻速直線運(yùn)動(dòng);當(dāng)對(duì)木塊施加一個(gè)與水平方向夾角為30°的推力F2時(shí)，木塊也可以做勻速直線運(yùn)動(dòng)。若F1與F2的大小相等，則該木塊與地面的動(dòng)摩擦因數(shù)為多少。

解析：分析此題可知，這是一道多力平衡狀態(tài)的問(wèn)題，首先依然是對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，因?yàn)樾∥飰K做的是勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此木塊受到的合外力F=0。鑒于小物塊的受力比較多，倘若按照之前的分析方法解題就會(huì)非常復(fù)雜，因此，此題我們可以采用正交分解法來(lái)解決。通過(guò)對(duì)F1和F2進(jìn)行正交分解，得出小物塊在平衡條件下的等式，再將等式進(jìn)行聯(lián)立，就很容易解出物塊與地面之間動(dòng)摩擦因數(shù)的值。

除了以上兩種靜止條件下的平衡狀態(tài)以外，在高中物理力的平衡中還有一種平衡問(wèn)題，就是動(dòng)態(tài)平衡。動(dòng)態(tài)平衡就是通過(guò)改變系統(tǒng)之中的某一個(gè)物理量，從而導(dǎo)致物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化，可視為一種平衡狀態(tài)。一般解決此類問(wèn)題主要是應(yīng)用解析法，通過(guò)對(duì)物體的平衡條件進(jìn)行定量分析得出正確答案，但這種方法往往在運(yùn)算的過(guò)程會(huì)比較復(fù)雜，需要學(xué)生具備良好的運(yùn)算能力和嚴(yán)謹(jǐn)?shù)奈锢響B(tài)度。

總之，力學(xué)平衡問(wèn)題在高中物理中具有舉足輕重的地位，在高考試題中也往往具有一定的難度，但無(wú)論是靜態(tài)平衡問(wèn)題還是動(dòng)態(tài)平衡問(wèn)題，首先都需要進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析，再根據(jù)題目的類型選取恰當(dāng)?shù)慕忸}方法。當(dāng)然，其解題方法的靈活性和多樣性還需要學(xué)生在平時(shí)的學(xué)習(xí)過(guò)程中多加總結(jié)，只有通過(guò)不斷積累提升，才能在解題過(guò)程中做到鎮(zhèn)定自若，游刃有余。

【參考文獻(xiàn)】

[1] 郭騎兵. 剖析典型例題，理解力學(xué)平衡[J]. 文理導(dǎo)航（中旬），2017（12）：26.

[2] 趙云賀. 例析高中力學(xué)平衡問(wèn)題的解法[J]. 高中數(shù)理化，2018（06）：23-24.

（作者單位：安徽省蕪湖市無(wú)為縣第二中學(xué)）