淺談受力分析的方法和技巧

趙明章

摘要：物體的受力分析貫穿于整個中學(xué)物理教學(xué)，是學(xué)好力學(xué)的基礎(chǔ)，是高中學(xué)生學(xué)習(xí)物理學(xué)科難點(diǎn)之一，更是高中生文理分類走向的關(guān)鍵因素之一，如不能突破，高中物理將很難過關(guān)，因此也導(dǎo)致很多學(xué)生向文科分流，所以正確分析物體的受力情況是研究力學(xué)問題的重要方法和關(guān)鍵環(huán)節(jié)。為此，筆者利用幾個實(shí)例，結(jié)合自身教學(xué)實(shí)際對此進(jìn)行簡單的闡述，供同行參考，不足之處，還望各位批評指正。

關(guān)鍵詞：受力分析；高中物理；方法；技巧

中圖分類號：G633.7文獻(xiàn)標(biāo)識碼：B文章編號：1672-1578（2017）06-0185-01

1.什么是受力分析

所謂受力分析是指依據(jù)力的概念，從物體所處的環(huán)境（有多少個物體接觸）和運(yùn)動狀態(tài)著手，分析它與所處的環(huán)境和其他物體的相互聯(lián)系。

2.受力分析的一般程序

2.1明確研究對象并把它從周圍的環(huán)境中隔離出來。分析物體的受力，首先要選準(zhǔn)研究對象，并把它隔離出來。根據(jù)解題的需要，研究對象可以是質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、單個物體或多個物體組成的系統(tǒng)。

2.2按一定順序進(jìn)行受力分析。一般按照重力、彈力、摩擦力的順序分析較好。"重力一定有，彈力看四周，摩擦分動靜，方向要判準(zhǔn)。"彈力和摩擦力都是接觸力，環(huán)繞研究對象一周，看研究對象與其他物體有幾個接觸面（點(diǎn)），每個接觸面對研究對象可能有兩個接觸力，應(yīng)根據(jù)彈力和摩擦力的產(chǎn)生條件逐一分析。

2.3綜合判斷指除了根據(jù)力的概念和物體所處的環(huán)境外還要根據(jù)受力物體及研究對象的運(yùn)動狀態(tài)（靜止、加速、減速）進(jìn)行判斷。

3.受力分析的三種方法

3.1平衡狀態(tài)時的受力分析。整體都處于靜止?fàn)顟B(tài)或一起勻速運(yùn)動時，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。以上這些情況，整體都平衡，整體內(nèi)每個物體所受合力為零，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物體的受力特點(diǎn)。

3.2不平衡狀態(tài)且無相對運(yùn)動的受力分析。由于系統(tǒng)內(nèi)物體間沒有相對運(yùn)動，即整體內(nèi)每個物體都具有相同的速度和加速度，這時整體所受的合力提供整體運(yùn)動的加速度。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)動特點(diǎn)。

3.3部分平衡部分不平衡的受力分析。這種情況由于系統(tǒng)內(nèi)物體的運(yùn)動狀態(tài)不同，物體間有相對運(yùn)動，通常習(xí)慣用隔離法。若系統(tǒng)內(nèi)兩個物體一個處于平衡，另一個處于不平衡狀態(tài)時，也可以利用整體法來分析，有時會使問題簡化易于理解。當(dāng)然，這種情況整體所受合力不為零，整體所受合力等于不平衡物體所受的合力，用來增加不平衡物體的加速度。

4.案例分析

例1：在粗糙水平面上有一個三角形木塊abc，在它的兩個粗糙斜面上分別放兩個質(zhì)量m1和m2和木塊，m1>m2，已知三角形木塊和兩物體都是靜止的，則粗糙水平面對三角形木塊（ ）。

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.以上說法都不對。

解析：這類題優(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。

例2：光滑水平面上，放一傾角θ為的光滑斜木塊，質(zhì)量為m的光滑物體放在斜面上，現(xiàn)對斜面施加力F，若使M與m保持相對靜止，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，則先隔離物塊分析受力，計算出加速度 a=gtanθ，方向水平向左，再根據(jù)整體法可以求得F=（M+m）gtanθ。

這是典型的整體法與隔離法的綜合應(yīng)用（先隔離后整體）。

例3：若例2中使M靜止不動，F(xiàn)應(yīng)為多大？

解析：這就是非常典型的系統(tǒng)內(nèi)部分平衡部分不平衡的問題，物塊在光滑的斜面上沿斜面加速下滑，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，及平衡狀態(tài)。這種類型許多學(xué)生都習(xí)慣用隔離法分別對物塊分析，從而計算出物塊和斜面之間的彈力，然后再分析斜面，根據(jù)斜面的平衡來確定外力F的大小。

這種類型如果利用整體法來分析要簡單得多，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=acosθ=gsinθcosθ；豎直方向ay=asinθ=gsin2θ。

再根據(jù)牛頓第二定律得到：F=max=mgsinθcosθ=mgsin2θ，（M+m）g-N=may=mgsin2θ。

這種方法很顯然要比分別隔離來計算要簡單方便。

綜上所述，在分析多個物體相互作用時，靈活運(yùn)用整體法和隔離法對問題的解決將會帶來很大的方便，特別是在教學(xué)過程中有意識地培養(yǎng)學(xué)生整體法的思維意識，幫助學(xué)生能夠更加全面地理解力和運(yùn)動的相互關(guān)系，更加有利于學(xué)生思維能力的提升。

參考文獻(xiàn)：

[1]普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)教科書，物理（必修1）.人民教育出版社，2012，7.