高中物理受力分析中三種思維方法

馬建燁

摘 要：受力分析是整個(gè)高中階段力學(xué)的基本功，同時(shí)也貫穿了整個(gè)高中物理，是分析物理過(guò)程必不可少的步驟，所以學(xué)會(huì)正確的受力分析，是學(xué)好物理的第一步，也是最為關(guān)鍵的一步。作為一名優(yōu)秀的高中生，結(jié)合學(xué)習(xí)的心得，將受力分析的方法進(jìn)行了總結(jié)，與大家一起分享。

關(guān)鍵詞：高中物理；受力分析；基礎(chǔ)順序法；整體法與隔離法；假設(shè)法

從簡(jiǎn)單的受力分析，到復(fù)雜力學(xué)中用到的受力分析，總結(jié)其方法，我將其分為三種：基礎(chǔ)順序法、整體法與隔離法、假設(shè)法。下面依次介紹上述三種方法。

一、基礎(chǔ)順序法

1.明確研究對(duì)象，并將其從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，通常的順序是先選取受力少、運(yùn)動(dòng)清晰的物體，再研究受力復(fù)雜的物體。

2.受力的順序?yàn)橹亓?、彈力、摩擦力，由于彈力和摩擦力都是接觸力，所以必須有接觸點(diǎn)，我們只需要找出研究對(duì)象有幾個(gè)接觸面，只有接觸面內(nèi)才可能存在彈力和摩擦力。

3.受力的個(gè)數(shù)把握不準(zhǔn)確是受力分析常見(jiàn)的錯(cuò)誤，這一點(diǎn)可以從施力物體和受力物體入手，每個(gè)力都能找到施力物體，而受力物體都是研究對(duì)象本身。

4.受力分析不是盲目進(jìn)行的，往往都要結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)，如靜止?fàn)顟B(tài)、勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及勻加速運(yùn)動(dòng)等等，就能準(zhǔn)確地畫(huà)出物體所受的力了。

例1.建筑工人用圖1所示的定滑輪裝置運(yùn)送建筑材料。質(zhì)量為70.0kg的工人站在地面上，通過(guò)定滑輪將20.0kg的建筑材料以0.50m/s2的加速度拉升，忽略繩子和定滑輪的質(zhì)量及定滑輪的摩擦，則工人對(duì)地面的壓力大小為（g取10m/s2）（ ）

A.510N B.490N C.890N D.910N

試題解析：首先要選取研究對(duì)象，題目中出現(xiàn)了兩個(gè)可研究的對(duì)象：人和建筑材料，由于建筑材料只有一個(gè)觸點(diǎn)，受力較少，且運(yùn)動(dòng)清晰，所以我們先從它的受力入手，受力分析如圖2所示，由于建筑材料勻加速上升，所以根據(jù)牛頓第二定律得：F1-mg=ma，可以求得繩對(duì)建筑材料的拉力F1=210N，然后對(duì)受力較多的人進(jìn)行受力分析如圖3所示，由于人處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以有F2+FN=Mg，由于F1與F2是同一根繩上的力，所以大小相等，解得：FN=490N，由牛頓第三定律可知，答案選B。

點(diǎn)評(píng)：此題的關(guān)鍵點(diǎn)在于研究對(duì)象的順序選取問(wèn)題，由易到難，由簡(jiǎn)到繁，而不是急于求成，我把此類問(wèn)題命名為基本順序法。

二、整體法與隔離法

整體法和隔離法是力學(xué)部分常用的受力分析方法。整體法是從局部到全局的思維過(guò)程，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)中間環(huán)節(jié)的繁瑣推斷，能夠靈活地解決問(wèn)題，此法的特點(diǎn)是系統(tǒng)中存在多個(gè)研究對(duì)象，可以先隔離再整體，也可以先整體再隔離。當(dāng)研究的是系統(tǒng)外力時(shí)可以考慮整體法，而研究系統(tǒng)內(nèi)力時(shí)就使用隔離法，具體如何選擇，通過(guò)下面兩道例題進(jìn)行說(shuō)明。

例2.如圖4所示，物體A靠在豎直墻面上，在力F作用下，A、B保持靜止，物體B的受力個(gè)數(shù)為（ ）

A.2 B.3 C.4 D.5

試題解析：此題若急于隔離B受力分析就會(huì)發(fā)現(xiàn)保證B的平衡可以出現(xiàn)圖5和圖6兩種情況，二者的區(qū)別在于AB之間是否有彈力和摩擦力，問(wèn)題就拋給了A，而A有兩個(gè)接觸面，左側(cè)與墻壁的接觸面上受力也不清楚，所以我們最先應(yīng)該弄清楚墻壁是否給A作用力，由于這個(gè)力是墻壁給A的，也可以把AB作為一個(gè)系統(tǒng)，那么墻壁給A的力就成了系統(tǒng)的外力，此時(shí)優(yōu)先考慮整體法，同時(shí)利用假設(shè)法可得到圖7，確定墻壁對(duì)A沒(méi)有力的作用，那么A要平衡就必須有圖8的受力分析圖，從而證明B的受力分析只有圖6是正確的，所以選C。

點(diǎn)評(píng)：此題的方法為先整體，再隔離。先利用整體法解決系統(tǒng)外力的情況，然后再利用隔離法求出AB間的內(nèi)力。

例3.如圖9所示，A、B兩個(gè)物體疊放在一起，靜止在粗糙水平地面上，B與水平地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ1=0.1，A與B之間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ2=0.2，已知物體A的質(zhì)量m=2kg，物體B的質(zhì)量M=3kg，重力加速度g取10m/s2?，F(xiàn)對(duì)物體B施加一個(gè)水平向右的恒力F，為使物體A與物體B相對(duì)靜止，則恒力的最大值是（物體間的最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力）（ ）

A.5N B.10N C.15N D.20N

試題解析：此題的條件是物體A與物體B相對(duì)靜止，所以要保證AB不相對(duì)滑動(dòng)的臨界條件是AB直接達(dá)到最大靜摩擦力，根據(jù)運(yùn)動(dòng)性質(zhì)可知μ1mg=ma，求得加速度a=1m/s2，恒力F可以看做整體的外力，所以利用整體法，F(xiàn)-μ2（M+m）g=（M+m）a，將a帶入，求出F=15N。

點(diǎn)評(píng)：此題的方法為先隔離法再整體法，隔離法受力充分利用內(nèi)力的已知條件，然后再利用整體法求出未知的外力。

三、假設(shè)法

我們?cè)诜治鍪芰r(shí)，可能會(huì)出現(xiàn)，似乎有又似乎沒(méi)有的情況，不能直觀地進(jìn)行判斷，此時(shí)我們需要用到假設(shè)法，推導(dǎo)出清晰或矛盾的結(jié)論，迅速得出正確的結(jié)果。

我們可以假定該處不存在（或存在）力的作用，然后推斷出運(yùn)動(dòng)情況，根據(jù)題中要求的情況進(jìn)行比對(duì)，看是否符合要求。

例4.如圖12所示，質(zhì)量分布均勻的球放在光滑的地面與擋板之間，處于靜止?fàn)顟B(tài)，畫(huà)出小球的受力分析圖。

試題解析：小球有兩個(gè)接觸點(diǎn)，有沒(méi)有作用力呢？若是拿不準(zhǔn)，我們此時(shí)就可以利用假設(shè)法，若地面不存在，小球一定不能處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以F1是必然存在的，若擋板對(duì)小球有力F2的作用，則小球必定不能處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以斷定圖14為正確的受力分析圖。

點(diǎn)評(píng)：當(dāng)我們?cè)谶M(jìn)行受力分析遇到困難時(shí)，利用假設(shè)法可以有意想不到的收獲。

綜上所述，在分析物體的受力問(wèn)題時(shí)，能夠掌握物體的受力分析的方法和步驟，就是找到了學(xué)會(huì)物理的突破口，奠定了學(xué)好物理的基礎(chǔ)。

參考文獻(xiàn)：

周光照.中國(guó)大百科全書(shū)：物理學(xué)[M].1版.中國(guó)大百科全書(shū)出版社，1987-07.endprint