高中物理力學(xué)教學(xué)初探

楊紹華

【摘要】物體之所以處于不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，是由于他們的受力情況不同。要研究物體的運(yùn)動(dòng)情況，首先要分析物體的受力情況。正確分析物體的的受力情況，是解決力學(xué)乃至整個(gè)物理學(xué)問(wèn)題的前提和關(guān)鍵，是高中學(xué)生必須掌握的基本功。本文就高中物理力學(xué)題受力分析解題方式做了以下研究，總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，和大家分享一下。

【關(guān)鍵詞】受力分析;整體法;隔離法;力學(xué)

一、如何對(duì)物體進(jìn)行受力分析。

1.明確研究對(duì)象，并把特從周?chē)沫h(huán)境中隔離出來(lái)

分析物體的受力，首先要選準(zhǔn)研究對(duì)象，并把它隔離出來(lái)。根據(jù)解題的需要，研究對(duì)象可以是質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、單個(gè)物體或多個(gè)物體組成系統(tǒng)。

2.按順序分析物體所受的力

一般按照重力、彈力、摩擦力的順序分析較好?！爸亓σ欢ㄓ?，彈力看四周，摩擦分動(dòng)靜，方向要判準(zhǔn)?！睆椓湍Σ亮Χ际??接觸力，環(huán)繞研究對(duì)象一周，看研究對(duì)象與其他物體有幾個(gè)接觸面（點(diǎn)），每個(gè)接觸面對(duì)研究對(duì)象可能有兩個(gè)接觸力，應(yīng)根據(jù)彈力和摩擦力的產(chǎn)生條件逐一分析。

3.只分析根據(jù)性質(zhì)命名的力

只分析根據(jù)性質(zhì)命名的力，如重力、彈力、摩擦力，不分析根據(jù)效果命名的力，如下滑力、動(dòng)力、阻力等。

4.只分析研究對(duì)象收到的力，不分析研究對(duì)象對(duì)其他物體所施的力

研究物體A的受力時(shí)，只分析“甲對(duì)A” 、“乙對(duì)A” 、“丙對(duì)A”......的力，不分析“A對(duì)甲”、“A對(duì)乙”、“A對(duì)丙”......的力，也不要把作用在其他物體上的力，錯(cuò)誤的認(rèn)為通過(guò)“力的傳遞”而作用在研究對(duì)象上。

二、力學(xué)部分常用的分析方法：整體法和隔離法。

整體法是從局部到全局的思維過(guò)程，是系統(tǒng)論中的整體原理在力學(xué)中的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是：通過(guò)整體法分析物理問(wèn)題，可以弄清系統(tǒng)的整體受力情況，從整體上揭示事物的本質(zhì)和變化規(guī)律，從而避開(kāi)了中間環(huán)節(jié)的繁瑣推算，能夠靈活地解決問(wèn)題。通常在分析這一整體對(duì)象之外的物體對(duì)整體的作用力（外力），不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力（內(nèi)力）時(shí)，用整體法。

隔離法就是把要分析的物體從相關(guān)的物體體系中隔離出來(lái)，作為研究對(duì)象，只分析該研究對(duì)象以外的物體對(duì)該對(duì)象的作用力，不考慮研究對(duì)象對(duì)其他物體的作用力。它的優(yōu)點(diǎn)是：容易看清單個(gè)物體的受力情況，問(wèn)題處理起來(lái)比較方便、簡(jiǎn)單，便于理解。在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體（或一個(gè)物體的各個(gè)部分）間的相互作用時(shí)用隔離法。

整體法和隔離法是力學(xué)部分常用的分析方法。可以先隔離再整體，也可以先整體再部分隔離。這就是整體法與隔離法的綜合應(yīng)用。

在力學(xué)中，解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，往往遇到這樣一類(lèi)情況：題中被研究的對(duì)象不是單一的一個(gè)物體，而是互相關(guān)聯(lián)的幾個(gè)物體組成一個(gè)系統(tǒng)。解這一類(lèi)問(wèn)題，一般采用隔離法：即把各個(gè)物體隔離開(kāi)來(lái)，分別作受力分析，再根據(jù)各自的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，列式求解。但在這類(lèi)問(wèn)題中，往往單用隔離法很難求得結(jié)果，解決過(guò)程也十分繁復(fù)，甚至用隔離法解簡(jiǎn)直無(wú)從著手。這時(shí)，我們不妨試用整體法：即把整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)整體作為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，再列式求解。這樣做，往往能使原來(lái)很難求解的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，無(wú)從著手的問(wèn)題也迎刃而解。

其實(shí)一邊情況下，針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)我們可以選擇不同的分析方法，一般可以分為以下三種情況：

（1）系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)。整體都處于靜止?fàn)顟B(tài)或一起勻速運(yùn)動(dòng)時(shí)，或者系統(tǒng)內(nèi)一部分處于靜止?fàn)顟B(tài)，另一部分勻速運(yùn)動(dòng)。以上這些情況，整體都平衡，整體內(nèi)每個(gè)物體所受合力為零，整體所受合力也為零。這樣，根據(jù)整體的平衡條件，就可以確定整體或某一個(gè)物體的受力特點(diǎn)。

例1：在粗糙水平面上有一個(gè)三角形木塊abc，在它的兩個(gè)粗糙斜面上分別放兩個(gè)質(zhì)量m1和m2和木塊，m1>m2，如圖所示，已知三角形木塊和兩物體都是靜止的，則粗糙水平面對(duì)三角形木塊（ ? ）。

A.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向右;

B.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向左;

C.有摩擦力的作用，但摩擦力的方向不能確定，因?yàn)閙1，m2，θ1，θ2的數(shù)值并未給出;

D.以上說(shuō)法都不對(duì)。

解析：這樣類(lèi)型的問(wèn)題優(yōu)先選用整體法，根據(jù)整體受力平衡，則很容易判斷水平面對(duì)三角形木塊摩擦力為零，且彈力等于整體的重力之和，所以選項(xiàng)D正確。

（2）、系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)且無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于系統(tǒng)內(nèi)物體間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即整體內(nèi)每個(gè)物體都具有相同的速度和加速度，這時(shí)整體所受的合力提供整體運(yùn)動(dòng)的加速度。這種情況利用整體法，更容易把握整體的受力情況和整體的運(yùn)動(dòng)特點(diǎn)。

例2：光滑水平面上，放一傾角為的光滑斜木塊，質(zhì)量為m的光滑物體放在斜面上，如圖所示，現(xiàn)對(duì)斜面施加力F，若使M與m保持相對(duì)靜止，F(xiàn)應(yīng)為多大？

解析：由于斜面光滑，物塊只受重力和斜面的彈力，而且和斜面一起運(yùn)動(dòng)，則先隔離物塊分析受力，計(jì)算出加速度a=gtan，方向水平向左，再根據(jù)整體法可以求得F=（M+m）gtan.

這是典型的整體法與隔離法的綜合應(yīng)用（先隔離后整體）。

（3）、系統(tǒng)內(nèi)部分平衡部分不平衡。這種情況由于系統(tǒng)內(nèi)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通常習(xí)慣用隔離法。若系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)物體一個(gè)處于平衡，另一個(gè)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，也可以利用整體法來(lái)分析，有時(shí)會(huì)使問(wèn)題簡(jiǎn)化易于理解。當(dāng)然，這種情況整體所受合力不為零，整體所受合力就等于不平衡物體所受的合力，用來(lái)提供不平衡物體的加速度。

例3：若例2中使M靜止不動(dòng)，F(xiàn)應(yīng)為多大？

速下滑，處于不平衡狀態(tài)，而斜面體在光滑的水平面上由于外力F作用而保持靜止不動(dòng)，及平衡狀態(tài)。這種類(lèi)型許多學(xué)生都習(xí)慣用隔離法分別對(duì)物塊分析，從而計(jì)算出物塊和斜面之間的彈力，然后再分析斜面，根據(jù)斜面的平衡來(lái)確定外力F的大小。

這種類(lèi)型如果利用整體法來(lái)分析要簡(jiǎn)單得多，這里整體所受的合力就等于處于不平衡的物塊所受的合力。當(dāng)然，這里首先要根據(jù)物塊受力明確物塊的加速度，方向沿斜面向下。整體受力為：重力（M+m）g、地面的支持力N和外力F。

利用正交分解法，將加速度分解為水平方向ax=acos=gsincos;豎直方向ay=asin=gsin2，

再根據(jù)牛頓第二定律得到：F=max=mgsincos=mgsin2，（M+m）g-N=may=mgsin2

這種方法很顯然要比分別隔離來(lái)計(jì)算要簡(jiǎn)單方便。

綜上所述，在分析物體的受力問(wèn)題時(shí)，能掌握物體的受力分析方法和步驟，并靈活運(yùn)用整體法和隔離法應(yīng)對(duì)不同的問(wèn)題是解決物理受力分析問(wèn)題的關(guān)鍵。這不但能在教學(xué)過(guò)程中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生知道物體的多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，增強(qiáng)整體法的思維意識(shí)，也能幫助學(xué)生能夠更加全面地理解力和運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，是幫助學(xué)生思維能力的提升的好方法。