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        探究共點力的動態(tài)平衡

        2018-12-27 02:04:18祖銀芳
        課程教育研究 2018年44期

        祖銀芳

        【摘要】共點力平衡中的動態(tài)平衡問題一直是教學(xué)中的難點,是考查學(xué)生分析、推理能力的重要題型,一直是高考考查的熱點內(nèi)容。教材中沒有相應(yīng)的實驗器材來演示該類平衡,更沒有相應(yīng)的學(xué)生實驗。為了降低學(xué)生學(xué)習(xí)這個知識的難度,親身體會這個動態(tài)平衡的過程,因此我設(shè)計該實驗,通過該實驗?zāi)苁箤W(xué)生直觀明了的解決該類問題。

        【關(guān)鍵詞】實驗分析 共點力 動態(tài)平衡

        【中圖分類號】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識碼】A 【文章編號】2095-3089(2018)44-0151-01

        共點力平衡中的動態(tài)平衡問題一直是教學(xué)中的難點,是考查學(xué)生分析、推理能力的重要題型,一直是高考考查的熱點內(nèi)容,因此掌握分析這種問題的一般方法,在高一新課學(xué)習(xí)乃至高三物理復(fù)習(xí)中都有著舉足輕重的地位。教材中沒有相應(yīng)的實驗器材來演示該類平衡,更沒有相應(yīng)的學(xué)生實驗。為了降低學(xué)生學(xué)習(xí)這個知識的難度,親身體會這個動態(tài)平衡的過程,理解掌握這種平衡問題的規(guī)律,本人設(shè)計該實驗,通過該實驗?zāi)苁箤W(xué)生直觀明了的解決該類問題。

        共點力的動態(tài)平衡是指,通過控制某一物理量,使物體的狀態(tài)發(fā)生緩慢的變化,從宏觀上看,物體的運動是變化的,但從微觀上理解是平衡的,即任一時刻物體均處于平衡狀態(tài)。通常解題方法有圖解法、平衡方程式法、相似三角形法。本人用實驗的方法來解決該類問題中,比較常見的三力動態(tài)平衡的問題。

        一、三個力平衡的特點

        (1)三個力的合力為零。

        (2)三個力中任意兩個力的合力與第三個力等大反向。

        (3)三個力平衡時,這三個力首尾連接構(gòu)成封閉的矢量三角形。

        二、斜面傾角一定的斜面上的動態(tài)平衡實驗設(shè)計

        實例1:如圖1在光滑斜面上當(dāng)繩子從水平方向緩慢向上偏移時,球?qū)π泵娴膲毫图?xì)繩上的拉力將如何變化?

        (1)實驗裝置設(shè)計,因為找不到光滑的斜面,但支持力方向不變,在設(shè)計本實驗,想到用繩子拉力替代斜面的支持力,并讓這個力方向不變,用拴在鐵架臺上的藍(lán)色繩子表示支持力的方向,就解決了光滑斜面的問題,如圖2。

        (2)數(shù)據(jù)表設(shè)計和記錄

        實驗結(jié)論:隨著夾角變小,支持力減小,拉力先減小后增大,其中在支持力和拉力的夾角為90度時,拉力最小。

        (3)圖2用靜力傳感器探究,球?qū)π泵娴膲毫?,N逐漸減小,繩子的拉力T先減小后增大。

        (4)圖3作圖分析,由分析可知,球?qū)π泵娴膲毫?,N逐漸減小,繩子的拉力T先減小后增大,實驗與理論吻合。

        三、在光滑圓面上的動態(tài)平衡實驗

        實例2:如圖4小球在光滑半球面上緩慢移動,各力如何變化?

        (1)實驗裝置設(shè)計,因為找不到光滑的圓面,在設(shè)計本實驗時,想到圓是由線段繞著一個端點做圓周,本實驗就將繩子的一端固定,讓另一端旋轉(zhuǎn),在旋轉(zhuǎn)的一段掛上200克鉤碼,類似上面的實驗設(shè)計,用拉力替代圓面的支持力,注意在數(shù)據(jù)測量的時候,要使拉力與圓的半徑共線,且要在操作時注意充當(dāng)半徑的繩子時剛好拉直,但沒拉力。本實驗還利用定滑輪,使拉動繩子時,操作方便。

        (2)數(shù)據(jù)表設(shè)計和記錄

        實驗結(jié)論:支持力基本不變,拉力減小。

        (3)圖5用靜力傳感器探究,得出N不變,F(xiàn)減小。

        (4)作圖分析,如圖6,結(jié)論:h不變,比值不變,R不變,N不變, L減小,F(xiàn)減小,實驗與理論吻合。

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