高中物理力學(xué)題受力分析有效性之初探

樊超磊(東莞市第四高級中學(xué) 廣東 東莞 523220)

高中物理力學(xué)題受力分析有效性之初探

樊超磊
(東莞市第四高級中學(xué) 廣東 東莞 523220)

就高中物理力學(xué)題如何進(jìn)行受力分析及受力分析兩種常用方法即整體法和隔離法，做了以下研究，總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，和大家分享，以期能提高力學(xué)題受力分析的有效性.

力學(xué) 受力分析 整體法 隔離法

物體的受力情況不同，會引起物體的運(yùn)動狀態(tài)不同.要研究物體的運(yùn)動情況，首先要分析物體的受力情況.正確分析物體的受力情況，是解決力學(xué)乃至整個物理學(xué)問題的前提和關(guān)鍵，是高中學(xué)生必須掌握的基本功.

1 怎樣對物體進(jìn)行受力分析

(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)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.“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.

(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、動力、阻力、向心力等.

(4)只分析研究對象受到的力，不分析研究對象對其他物體所施的力

研究物體A的受力時，只分析“甲對A”“乙對A”“丙對A”……的力，不分析“A對甲”“A對乙”“A對丙”……的力，也不要把作用在其他物體上的力，錯誤地認(rèn)為通過“力的傳遞”而作用在研究對象上.

(5)每分析一個力，都應(yīng)能找出施力物體

這種方法是防止“多力”的有效措施之一.我們在分析物體的受力時，只強(qiáng)調(diào)物體受到的作用力，但并不意味著施力物體不存在，找不出施力物體的力是不存在的.

(6)分析物體受力時，還要考慮物體所處的狀態(tài)

分析物體受力時，要注意物體所處的狀態(tài)，物體所處的狀態(tài)不同，其受力情況一般也不同.例如：放在水平傳送帶上的物體隨傳送帶一起傳動時，若傳送帶加速運(yùn)動，物體受到的摩擦力向前；若傳送帶減速運(yùn)動，物體受到的摩擦力向后；若傳送帶勻速運(yùn)動，物體不受摩擦力作用.

【例1】如圖1所示，質(zhì)量為m的物體B疊放在質(zhì)量為M的物體A上，物體A置于地面上，若在物體A上施加一個力F，分析以下幾種情況下，物體B所受的摩擦力.

(1)一起靜止；

(2)一起向右勻速直線運(yùn)動；

(3)一起以加速度a水平向右運(yùn)動.

圖1 例1題圖

解析：以物體B為研究對象，在(1)，(2)問中，一起靜止和一起向右勻速直線運(yùn)動都是平衡狀態(tài)，合外力等于零.在豎直方向上，B受向下的重力和向上的支持力FN，二者是一對平衡力.所以，在水平方向上，受力必須為零，才能滿足合外力為零.所以(1)，(2)問B受到的摩擦力為零.在(3)問中，B有向右的加速度a，由牛頓第二定律F=ma知，合外力F沿水平方向并和加速度a的方向相同，這個力就是B受到A給它的摩擦力Ff，F(xiàn)f=ma,方向水平向右.由此可見，看似相同的兩物體，由于狀態(tài)不同，物體的受力情況卻不同.

2 力學(xué)部分常用的分析方法：整體法和隔離法

整體法是指對物理問題中的整個系統(tǒng)或整個過程進(jìn)行分析、研究的方法.它的優(yōu)點(diǎn)是：通過整體法分析物理問題，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，從而避開了中間環(huán)節(jié)的繁瑣推算，能夠靈活地解決問題.通常在分析這一整體對象之外的物體對整體的作用力(即外力)，不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力(即內(nèi)力)時，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，作為研究對象，只分析該研究對象以外的物體對該對象的作用力，不考慮研究對象對其他物體的作用力.它的優(yōu)點(diǎn)是：容易看清單個物體的受力情況，問題處理起來比較方便、簡單，便于理解.在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個物體的各個部分)間的相互作用時用隔離法.

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.在解決力學(xué)問題時，往往遇到這樣一類情況：題中被研究的對象不是單一的一個物體，而是互相關(guān)聯(lián)的幾個物體組成的一個系統(tǒng).解這一類問題，一般采用隔離法：即把各個物體隔離開來，分別作受力分析，再根據(jù)各自的受力情況和運(yùn)動情況，應(yīng)用牛頓運(yùn)動定律和運(yùn)動學(xué)公式，列式求解.但在這類問題中，往往單用隔離法很難求得結(jié)果，解決過程也十分繁瑣，甚至用隔離法解簡直無從著手.這時，我們不妨試用整體法：即把整個系統(tǒng)當(dāng)作一個整體作為研究對象進(jìn)行受力分析，再列式求解.這樣做，往往能使原來很難求解的問題簡單化，無從著手的問題也迎刃而解.

實(shí)際中，針對不同的運(yùn)動狀態(tài)我們可以選擇不同的分析方法，一般可以分為以下兩種情況.

(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).

【例2】如圖2所示，傾角為α,質(zhì)量為M的斜面體靜止在水平桌面上,質(zhì)量為m的木塊靜止在斜面體上.下列結(jié)論正確的是( )

圖2 例2題圖

A.木塊受到的摩擦力大小是mgcosα

B.木塊對斜面體的壓力大小是mgsinα

C.桌面對斜面體的摩擦力大小是mgsinαcosα

D.桌面對斜面體的支持力大小是(M+m)g

解析：這種類型的問題優(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斜面體摩擦力為零，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)且無相對運(yùn)動

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).

【例3】兩個質(zhì)量分別為m1和m2的物體相互接觸放在光滑的水平面上，如圖3所示，對物體A施加一個水平的推力F，則物體A對物體B的作用力為( )

圖3 例3題圖

解析：對A，B整體分析,則有

F合=F=(m1+m2)a

得

對B進(jìn)行受力分析

由于A和B一起運(yùn)動，所以先用整體法求出整體的加速度，要求B受到A的作用力時，再隔離出B，利用牛頓第二定律求出B受到的力.這是典型的整體法與隔離法的綜合應(yīng)用(先隔離后整體).

綜上所述，在分析物體的受力問題時，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)對不同的問題是解決物理受力分析問題的關(guān)鍵.這不但能在教學(xué)過程中有意識地培養(yǎng)學(xué)生知道物體的多種運(yùn)動狀態(tài)，增強(qiáng)整體法的思維意識，也能幫助學(xué)生更加全面地理解力和運(yùn)動的相互關(guān)系，是提升學(xué)生思維能力的好方法.

1 漆安慎,杜嬋英．力學(xué).北京：高等教育出版社,1997.222

2 王光明． 怎樣學(xué)好高中物理(第2版).上海：上海科學(xué)技術(shù)文獻(xiàn)出版社,2003

3 任志鴻．優(yōu)化設(shè)計(jì)(第7版)．北京：西苑出版社,2006

PreliminaryExplorationontheValidityofForceAnalysis
inSolvingMechanicsQuesitionsofHighSchoolPhysics

Fan Chaolei
(Department NO.4 Senior High School, Dongguan, Guangdong 523220)

In this paper, the high school physics mechanics question how to conduct stress analysis and stress analysis of two commonly used methods namely overall method and the method of isolation, to do the following research, summarizes some experience and share with you, in order to improve the effectiveness of the mechanics of force bearing analysis on the question.

mechanics; stress analysis; the whole method; the method of isolation

2017-03-17)