浅析高中物理平衡状态
摘要：高中物理是技能教育的基础学科，对物理规律的认识是实现技能培养的根本。正确探究物理规律的前提是对研究对象所处状态的准确判断，其中平衡状态是物理学问题处理过程中的核心突破点，高中物理中涉及的平衡状态主要包括动态平衡和静态平衡，本文通过具体实例扼要分析了高中物理平衡状态的处理技巧，供广大物理爱好者参考。
关键词：平衡状态；力学方程；平衡力
一、引言
纵观整个物理学科架构，对求解物理问题有帮助的物理状态非“平衡状态”莫属，因为平衡状态所具备的力学条件具有鲜明的数学物理方程特性，可以通过平衡状态所具备的临界状态的特征将物理问题转换成具体的数学问题，进而使得定量求解物理问题成为可能。通常，高中物理学中的平衡状态离不开力学平衡、系统能量平衡等，其中力学平衡问题是物理学中最常探究的热点，也是成功地将物理原理应用到具体的问题环境中的中枢纽带，因此正确认识力学平衡状态是物理学基本素养提升的根本表现。具体而言，平衡状态所对应的受力特征包括动态特性和静态特性，前者也会涉及运动学规律，而静态物理平衡状态大多涉及静力学平衡问题等，因此，对物理学平衡问题的研究是对力学体系的完善和升华，对提升学生物理技能有显著作用。
二、常见物理平衡状态分析
1。复合场中的动态平衡问题
复合场是高中物理学中的重要板块，具有难度大、过程多等特点，要获得优秀的复合场处理技巧，必须具备完整的电磁学及力学基本知识，然而对平衡状态的认识是以上知识有机整合的前提，该问题中的平衡状态除了对力学平衡问题的认识以外，也涉及运动学规律的应用等。复合场中最常见的平衡状态以动态平衡的形式出现，其中带电粒子所具备的平衡运动是该类问题的主要形式。
图1
例1如图1：一带负电的粒子在相互垂直的匀强电场和匀强磁场中运动。已知电场强度为E，方向竖直向下；磁感强度为B，垂直纸面向内。试问：当该粒子能够在该复合场中做匀速圆周运动，并且轨道半径为R时，判断粒子的运动速率及方向情况？
分析：该题中涉及的场有电磁场、电场、重力场等，在洛伦兹力、电场力、重力的共同作用下带电粒子所处的状态中，可以抽象出动态平衡的元素，亦即带电粒子能够在竖直平面内圆周运动，表明粒子所受重力和电场力互成平衡力，此外在洛伦兹力的作用下粒子做匀速圆周运动，进而可以将该圆周运动单独地抽象出来进行孤立求解。当确定匀速圆周运动的受力特征以后，可以根据圆周运动规律进行力学方程的求解，得到运动半径R、速度v等变量之间的关系，进而求解问题。
该题中用到的平衡状态确定依据是研究对象在复合场中的特殊运动行为，因为带电液滴重力做功不能忽略，然而在竖直平面内恰好做圆周运动可以确定该运动轨迹满足物理学临界条件，进而采用圆周运动学物理规律进行模型的构建，将运动轨迹所包含的参数和洛伦兹力联系起来进行定量求解，显然临界思想的引入为成功求解题目提供了定量化元素，对有用信息的提取和处理起到重要作用。
2。力学过程中的平衡状态
力学中的临界问题通常涉及受力平衡，包括静力学和动力学等不同的过程，一般说来物体状态由所受的外力情况决定，因此平衡状态归根结底是研究物体受力的临界情况，主要是体现物体受力平衡的情况即将被破坏或者即将不被破坏的微妙状态。从力学角度分析平衡状态能够很直观地列出受力平衡方程，借助常规的数学处理技巧即可较为容易的完成力学问题的求解。
图2
例2如图2：光滑的半球形物体固定在水平地面上，球心正上方有一光滑的小滑轮，轻绳的一端系一小球，靠放在半球上的A点，另一端绕过定滑轮，后用力拉住，使小球静止。现缓慢地拉绳，在使小球沿球面由A到半球的顶点B的过程中，判断半球对小球的支持力N和绳对小球的拉力T的大小变化情况？
分析：该过程中涉及到研究对象所处的状态变化过程，根据受力条件的改变判断在平衡状态环境下各个分力的变化规律。表面光滑的半球固定在平面上使其与小球滑轮等构成整体系统，当细绳拉动小球时，接触面上小球受到绳子的拉力T、半球表面的支持力N及重力G三个外力的作用，缓慢拉动细绳的过程本质上是使得小球具备平衡状态，进而可以得出该三个外力构成共点平衡力，亦即T、N、G构成闭合的矢量三角形。在运动过程中，重力G的大小、方向始终不变，而拉力T与接触面的夹角随着接触点由A转向B而逐渐增加，故而根据几何常识不难判断出拉力T和支持力N的变化规律。
解决上述问题的关键在于恰当地挖掘题设中隐含的平衡过程，能够准确地将有价值的平衡状态从连续的变化过程中抽象出来，进而大胆地应用力学平衡规律，构建数学物理模型进行定量判断。研究对象的平衡状态始终取决于其受力的平衡与否，这也是牛顿运动定律的灵魂所在，因此对高中物理学科中涉及的平衡状态分析也是对力学基本定理的巩固与理解，由此可见，高中阶段对物理学体系的完善必须建立在对基本原理理解的基础之上，对高中物理平衡状态的分析是提升物理素养的基本途径。
三、结语
正确理解物理规律的核心在于对研究对象状态的准确判断，高中物理平衡状态为成功解决物理问题提供了有效信息，通过平衡状态所具备的特殊力学条件可以将抽象的物理问题转换成具体的数学物理方程进行定量求解。高中物理体系中复合场中的带电粒子平衡状态问题是典型的多元化动态平衡模型，涉及多种力的共同作用及运动规律等，因此对复合场平衡问题的认识对整个物理认知架构的完善有重要作用，此外常规力学动态平衡过程中对物理平衡状态的确认是分析变化过程中力学特征的重要依据。