對(duì)物體作受力分析時(shí)常見錯(cuò)誤以及原因

楊儀判

力學(xué)是高中物理教學(xué)中的重點(diǎn)和難點(diǎn)，也是物理學(xué)習(xí)的重要基礎(chǔ).力學(xué)知識(shí)貫穿整個(gè)高中階段的物理學(xué)習(xí).在后面將要學(xué)習(xí)的電磁學(xué)部分也會(huì)經(jīng)常用到力學(xué)知識(shí)，如帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)，導(dǎo)體棒在磁場中的運(yùn)動(dòng)等.在力學(xué)教學(xué)中，最重要的一個(gè)環(huán)節(jié)當(dāng)屬對(duì)物體作受力分析，如共點(diǎn)力的平衡條件、牛頓運(yùn)動(dòng)定律、圓周運(yùn)動(dòng)、平拋運(yùn)動(dòng)、類平拋運(yùn)動(dòng)、帶電粒子在電磁場中的運(yùn)動(dòng)等，都要求學(xué)生對(duì)物體準(zhǔn)確地作受力分析.在實(shí)際操作過程中，學(xué)生往往感覺問題抽象，理解困難，做題常常出錯(cuò).下面總結(jié)和分析學(xué)生在對(duì)物體作受力分析時(shí)的常見錯(cuò)誤以及原因.

一、施力與受力不分，對(duì)物體作受力分析時(shí)把該物體施加給其他物體的力也分析進(jìn)來

在對(duì)物體作受力分析時(shí)，首先要明確分析的對(duì)象是什么，這個(gè)分析對(duì)象受到哪些力的作用，把這些力畫出來即可.有些學(xué)生把分析對(duì)象施加給其他物體的力也畫了出來.

例如，一個(gè)物體靜止在斜面上.請(qǐng)分析該物體受到哪些力的作用.有些學(xué)生認(rèn)為，物體受到重力、壓力、支持力、摩擦力的作用.如圖1.這里把物體施加給斜面的壓力也分析進(jìn)來，顯然是錯(cuò)誤的.

出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的原因在于，沒有明確分析對(duì)象、沒有區(qū)分受力與施力、沒有對(duì)每一個(gè)力都認(rèn)清它的施力物體和受力物體.在該題中，我們分析的對(duì)象是斜面上的物體，這個(gè)物體受到的力有重力（地球施加給物體）、支持力（斜面施加給物體）、摩擦力（斜面施加給物體），而壓力是物體施加給斜面的.這個(gè)力是斜面受到的，而不是物體受到的.出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的學(xué)生，對(duì)知識(shí)的認(rèn)知比較模糊，不善于思考，滿足于一知半解.

二、錯(cuò)誤地認(rèn)為物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持，在作受力分析時(shí)容易出現(xiàn)一個(gè)與物體運(yùn)動(dòng)方向相同的力，而實(shí)際上這個(gè)力并不存在

任何一個(gè)力都有施力物體和受力物體.在作受力分析時(shí)，每一個(gè)力都必須要找到這個(gè)力的施力物體，否則這個(gè)力就是不存在的.有些學(xué)生在分析受力情況時(shí)完全憑直覺，不管這個(gè)力是否存在.

例如，一次期末考試有這樣的一道題目：如圖2，沿光滑水平面運(yùn)動(dòng)的小滑塊，當(dāng)它沖上光滑的斜面時(shí)，受到的力有哪些？題目很簡單，可是居然有的學(xué)生選了重力、支持力、上沖力這個(gè)選項(xiàng).請(qǐng)問：這個(gè)上沖力是哪個(gè)物體施加給小滑塊的呢？找不到施力物體，這個(gè)上沖力就不存在，物體能夠沖上去是因?yàn)閼T性而不是什么上沖力的作用.

出現(xiàn)這種錯(cuò)誤的學(xué)生，分析問題僅看表面，沒有深入地研究事物的本質(zhì)，依然認(rèn)為物體的運(yùn)動(dòng)需要力來維持，將慣性與力混為一談.

三、對(duì)力的作用效果不清楚，在作受力分析時(shí)容易把某個(gè)力的分力也畫進(jìn)去

例如，一物體靜止在斜面上，請(qǐng)對(duì)這個(gè)物體作受力分析（如圖3）.有些學(xué)生認(rèn)為，物體受到重力、支持力、摩擦力和一個(gè)沿斜面向下的力.問其為何受到一個(gè)沿斜面向下的力.這些學(xué)生的想法是這樣的：因?yàn)槲矬w有一個(gè)沿著斜面向下滑動(dòng)的趨勢，那么物體肯定是受到了一個(gè)沿斜面向下的力.

出現(xiàn)這樣的錯(cuò)誤的原因在于，這些學(xué)生沒有深入分析力的作用效果，還沒有認(rèn)識(shí)到合力與分力的關(guān)系.物體的確具有沿斜面向下滑動(dòng)的趨勢.物體為什么有沿斜面向下滑的趨勢呢？原來這正是重力的一個(gè)作用效果.這些學(xué)生認(rèn)為的沿斜面向下的力，其實(shí)并不是物體另外受到的力，而是重力的一個(gè)分力.

四、在作受力分析時(shí)容易把根據(jù)效果來命名的力（如向心力，回復(fù)力等）也考慮進(jìn)來

向心力、回復(fù)力是根據(jù)力的作用效果來命名的.它是由某個(gè)力或某個(gè)力的分力或某些力的合力來提供，并不是物體另外受到的力.比如，圓錐擺受到的力有重力、繩子的拉力，而向心力是由重力與繩子的拉力的合力來提供的；單擺在擺動(dòng)的過程中只受重力和繩子的拉力，恢復(fù)力由重力沿切線方向的分力來提供.在這類情境中對(duì)物體作受力分析時(shí)，學(xué)生容易把向心力或回復(fù)力也畫進(jìn)去，沒有認(rèn)識(shí)到效果力的來源，不能分辨效果力與性質(zhì)力的區(qū)別.

五、在求合力時(shí)，不確定合力的方向，盲目作平行四邊形

若已知兩個(gè)共點(diǎn)力的大小和方向，現(xiàn)用力的圖示把這兩個(gè)力表示出來，然后用平行四邊形定則就能把合力的大小和方向確定出來，這是學(xué)生掌握得比較牢固的知識(shí).可是我們?cè)趯?duì)某個(gè)物體作受力分析時(shí)畫的卻是力的示意圖，線條的長短是隨意畫的，若此時(shí)不考慮合力的方向就隨意畫平行四邊形的話，畫出來的平行四邊形就會(huì)各式各樣.這樣，是不能準(zhǔn)確求出合力大小的.

例如，一汽車內(nèi)有一個(gè)用細(xì)線懸掛的工藝品.當(dāng)汽車沿水平方向加速行駛時(shí)，發(fā)現(xiàn)工藝品的懸繩與豎直方向成α角.請(qǐng)求此時(shí)汽車的加速度.解這道題，首先要求出工藝品受到的合外力，然后利用牛頓第二定律求出加速度.合外力怎么確定呢？這里很多學(xué)生容易出問題.容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤是，在作圖時(shí)不分析合力的方向就直接作平行四邊形，結(jié)果是合力方向有斜向上的、有斜向下的，直接導(dǎo)致合外力錯(cuò)誤.錯(cuò)誤原因在于，沒有準(zhǔn)確把握合外力方向就盲目作平行四邊形，在所畫平行四邊形中的那個(gè)合力方向并不是物體實(shí)際受到的合力方向.在作圖時(shí)，先確定合外力方向（汽車在水平方向加速行駛，加速度方向與其運(yùn)動(dòng)方向一致，那么合外力方向也就與運(yùn)動(dòng)方向一致，所以合外力一定是水平方向），在保證合外力方向正確的情況下構(gòu)建平行四邊形.如圖4.只有這樣，才不會(huì)出錯(cuò).

總之，受力分析是物理學(xué)習(xí)中的重難點(diǎn)，是解決物理問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié).針對(duì)學(xué)生在受力分析過程中容易出現(xiàn)的錯(cuò)誤，教師在教學(xué)過程中要?jiǎng)?chuàng)設(shè)情境，提出問題，引發(fā)學(xué)生思考，培養(yǎng)學(xué)生分析問題、解決問題的能力，促使學(xué)生準(zhǔn)確理解力學(xué)知識(shí)，如各種性質(zhì)力的產(chǎn)生條件、力的作用效果、合力與分力的關(guān)系等.只有受力分析正確了，學(xué)生才能將物體的受力情況與運(yùn)動(dòng)情況通過牛頓第二定律對(duì)應(yīng)起來，從而掌握運(yùn)動(dòng)學(xué)知識(shí).