《关于高中物理近平衡问题的探讨》.doc

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1、关于高中物理近平衡态问题的探讨贵州省六盘水市第三中学物理组（553001）张静摘要：高中物理中存在不少与复杂过程相关问题，这类问题对学生来说比较难掌握。本文针对力学、热学和电学中的一些近似平衡的复杂过程进行了探讨。关键词：近平衡态；高中物理；缓慢中图分类号：G633.7文献标识码：A在高中物理问题中存在不少与复杂运动过程相关的问题。与复杂过程有关的问题一般要用机械能守恒定律、能量守恒定律、动能定理、动量定理和动量守恒定律，同时也存在不少的近平衡问题的复杂过程，这类问题中常出现“慢慢地”“缓慢地”等类似字眼，

2、这在物理解题中是非常关键的信息，如果从平衡态的角度出发解决这类问题，问题将迎刃而解。而这类问题对高中生来说往往是难点，所以，本文以近平衡的复杂过程为研究对象，分别探讨力学、热学和电学中涉及的相关问题。一、力学中的近平衡问题在高中物理中与力相关的复杂过程如果涉及到“缓慢地"、“慢慢地”等类似关键字眼，那么，可以通过力的平衡条件对相关力进行求解。下面通过以下例题进行分析和讨论：例1：如图I:轻绳一端系在质量为m的物体A上，另一端系在一个套在粗糙竖直杆MN的圆环上，用水平力F拉住绳上一点、O,使物体从实线位置“缓

3、慢”下降到虚线位置，但圆环仍保持在原来的位置不动，则在这一过程中，环对杆的摩擦Ff和环对杆的压力Fn的变化情况是：（A、Ff保持不变，Fn逐渐增大B、Ff逐渐增大，Fn保持不变C、Ff逐渐减小，Fn保持不变D、Ff保持不变，Fn逐渐减小解：由于物体A的下降过程是缓慢下降的过程，所以在下降过程中任何时刻整个系统都可以近似为处在平衡状态。根据O点处于平衡状态，对O点进行受力分析，并将绳子对O点的拉力往水平方向和竖直分解（如图2）。O点在竖直方向受力平衡：Ga=Tcos6z,可以求得绳子的拉力大小为:T=Ga/c

4、osczo根据环处于平衡状态，对环进行受力分析，并将绳子对环的拉力T往水平方向和竖直方向进行分解(如图3)。T'与T都是绳子的张力，大小相等，都为Ga/cosg。根据环水平方向受力平衡有：Fn=TSina,则有：FN=(GA/coscr)Sina,即Fn=Gatan^z,物体下降过程a减小，tancr减小，所以物体下降过程中减小;根据环竖直方向受力平衡有:Fr=G环+T'Cosa,即F『=G环+(GA/cos^)Cosa,从而可得：Ff=GJF+GA,所以物体下降过程中R保持不变。故本题答案为选项D。%1.

5、热学中的近平衡问题在高中物理中与热力学系统相关的复杂过程如果出现“缓慢地”、“侵隠地”等类似词语，对相关力的求解也可以通过力的平衡条件得到。在有些情况下，力的平衡转化为压强的平衡，可以通过压强的平衡条件解决相关问题，在此只阐述利用压强平衡条件对相关问题进行分析和讨论。例如例2:////////////图4图5例2:(2004北京)封有理热气体的导热气缸开口向下被竖直悬挂，活塞下系有钩码P,整个系统处于静止状态，如图4所示，若大气压恒定，系统状态变化足够“缓慢”，下列说法正确的是：()A、外界温度升高，气体的

6、压强一定增大B、外界温度升高，外界可能对气体做正功C、保持气体内能不变，增加钩码质量，气体一定吸热D、保持气体内能不变，增加钩码质量，气体体积一定减少解：对气体而言，活塞是导热的，气缸内气体的温度与外界的温度始终相等。由于系统状态变化足够缓慢，对于整个系统而言，任何时刻都处在平衡态。对活塞而言受到的压强平衡，对活塞受到的压强进行分析（如图5）,P”为活塞和钩码的重力作用而产生的压强。根^据压强平衡条件：向上的压强大小等于向下的压强大小，即P大气=P空力+P气体,可得气体的压强P气体=P大气-P虫力。当只有外

7、界温度升髙时，大气压强不变，对于理想气体而言是个等压变化过拦，理想气体体积V与温度T的比值是个常数，即：V/T二常数。外界温度升高，理想气体体积增大，气体对外界做正功。故选项A和选项B的说法都是错误的。当保持气体内能不变时，对于理想气体而言是个等温变化过程，理想气体的压强P气体和体积V的乘积是个常数，即：P气体V二常数。增加钩码质量，活塞和钩码的重力作用产生的压强P”增大，气体的压强（P气依二P大气・P”）减小，气体体积增丸,气体对外界做正功。由于内能不变，气体只能通过向外界吸收热量，然后把吸收的热量用于对

8、外界做功。故选项D的说法是错误的，选项C为正确选项。%1.电学中的近似平衡问题高中物理中与电学相关的复杂过程如果涉及到“缓慢地”、“慢慢地”等类似字眼，如果要计算某些力的大小，可以通过力的平衡条件求解。在有些情况下，力的平衡转化为静电平衡，这时就可以根据静电平衡的性质解决相关问题，在此也只讲述利用静电平衡条件对相关问题进行分析和讨论。比如例3:例3:如图6,在真空中把一绝缘导体AB向带负电的小球P“缓慢”地靠近过