淺談高中物理中的受力分析

◆劉冬梅

(山東省寧陽(yáng)第四中學(xué))

物理作為理科重要學(xué)科之一，在高中學(xué)習(xí)所占比重也日益增長(zhǎng)。隨著我國(guó)教育不斷深化改革，物理學(xué)科的知識(shí)理論結(jié)構(gòu)更為系統(tǒng)化，使得學(xué)生學(xué)習(xí)起來(lái)也更為吃力。力學(xué)乃是學(xué)生學(xué)習(xí)中最容易混淆的部分。其作為物理學(xué)科的重要組成部分，貫穿著整個(gè)高中物理學(xué)，學(xué)好物理力學(xué)對(duì)提高物理學(xué)科整體學(xué)習(xí)效率不容小覷。因此，為不斷提高學(xué)生學(xué)習(xí)能力，強(qiáng)化其力學(xué)受力分析能力是關(guān)鍵。

一、當(dāng)前高中物理中受力分析應(yīng)遵循的重要依據(jù)

在高中物理中，需要進(jìn)行受力分析并計(jì)算的力包括以下幾種，即重力、彈力、摩擦力、電場(chǎng)力以及磁場(chǎng)力等，并需要借助以下依據(jù)，來(lái)提高受力分析的速度以及準(zhǔn)確率：

1.力的條件性

根據(jù)各種力產(chǎn)生以及存在的條件及其特性進(jìn)行受力分析。具體來(lái)說(shuō)，想要分析和判斷某個(gè)力是否存在，必須要結(jié)合該力產(chǎn)生的條件是否完全具備來(lái)確定。舉例來(lái)說(shuō)，如果兩個(gè)物體并沒(méi)有直接接觸，那么二者就不存在彈力以及摩擦力；如果兩個(gè)物體直接接觸，但是并沒(méi)有直接擠壓，則不存在彈力，也不存在摩擦力；等等。

2.力的物質(zhì)性

任何一個(gè)力都無(wú)法也不能完全脫離物體而單獨(dú)存在，必須同時(shí)與兩個(gè)物體相聯(lián)系，即施力物體以及受力物體。舉例來(lái)說(shuō)，當(dāng)子彈從槍口射出時(shí)，在跟水平30°仰角的方向向上運(yùn)動(dòng)，畫出子彈的受力分析圖。在解題過(guò)程中，常常會(huì)有學(xué)生認(rèn)為子彈會(huì)受到高溫高壓氣體施于子彈向前的力F1，即慣性作用。但是我們應(yīng)該要認(rèn)識(shí)到慣性不是力。因此，該題的受力分析圖如圖1所示。

3.力和運(yùn)動(dòng)的一致性

物體具體處在怎樣的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)中，完全取決于它的受力情況，也就是說(shuō)，物體的受力情況以及運(yùn)動(dòng)狀態(tài)總是一致的。

4.力的相互性

當(dāng)一個(gè)物體對(duì)另一個(gè)物體施加力的同時(shí)，也必然會(huì)受到其他物體對(duì)自身的力的作用。換句話說(shuō)，世界上既不存在只施加力而不受力的物體，同時(shí)也不存只受力而不施加力的物體。在實(shí)際解題過(guò)程中，可以從力的相互性入手，分析幾個(gè)相互聯(lián)系物體的受力情況。

二、高中物理中受力分析常使用的方法

1.基礎(chǔ)順序法

第一，確定具體的研究對(duì)象，并將其從系統(tǒng)中隔離出來(lái)，一般在解題過(guò)程中，會(huì)先選取受力少且運(yùn)動(dòng)清晰的物體，之后再對(duì)受力復(fù)雜的物體進(jìn)行分析。

第二，物體受力的順序通常為重力、彈力、摩擦力，而彈力與摩擦力都屬于接觸力范疇，必須要有接觸點(diǎn)。在解題時(shí)，我們可以先找出研究對(duì)象具體有幾個(gè)接觸面，只有接觸面內(nèi)才可能存在彈力以及摩擦力。

第三，在受力分析過(guò)程中，比較困難的是準(zhǔn)確判斷物體受力的個(gè)數(shù)。對(duì)此，我們?cè)谧鲱}時(shí)，可以從受力物體以及施力物體入手，每個(gè)力都能找到施力物體，而受力物體就是研究對(duì)象本身。

第四，在受力分析過(guò)程中，切記不得盲目進(jìn)行，需要充分結(jié)合物體的運(yùn)動(dòng)性質(zhì)來(lái)進(jìn)行，包括靜止?fàn)顟B(tài)、勻速狀態(tài)以及勻加速運(yùn)動(dòng)等，并借此畫出物體所受的力。舉例來(lái)說(shuō)，建筑工人在施工時(shí)，如圖2所示采用定滑輪裝置運(yùn)送建筑材料，假設(shè)站在地面上的工人自身質(zhì)量為70kg，通過(guò)定滑輪將質(zhì)量在20kg的建筑材料以0.5m/s2的加速度拉升，忽略繩子與定滑輪本身的質(zhì)量以及定滑輪的摩擦力，問(wèn)建筑工人對(duì)地面的壓力大小為( )(g取10m/s2)。

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

解析：第一步要選取研究對(duì)象，這一題中僅出現(xiàn)了兩個(gè)可研究對(duì)象，即工人以及建筑材料。其中，建筑材料只有一個(gè)觸點(diǎn)，受力較少且運(yùn)動(dòng)狀態(tài)清晰，因此，其受力分析就如圖3所示的那樣。由于建筑材料處于勻速上升狀態(tài)，所以根據(jù)牛頓第二定律解題：F1-mg=ma，據(jù)此計(jì)算得出繩子對(duì)建筑材料的拉力為F1=210N。之后對(duì)工人受力進(jìn)行分析，其受力較多且處在一個(gè)靜止?fàn)顟B(tài)，具體如圖4所示。因此，可知F2+FN=Mg，再加上F1與FN是處在同一根繩上的力，所以大小相同，由此得出：FN=490N，故選B。解答這道題的關(guān)鍵在于研究對(duì)象的選取順序，要遵循由易到難、由簡(jiǎn)到繁的順序，不要急于求成。

2.整體法與隔離法

在高中物理學(xué)習(xí)中，整體法與隔離法是比較常見(jiàn)的受力分析法之一。整體法，簡(jiǎn)單來(lái)講就是一個(gè)從局部到全局的思維過(guò)程。利用整體法可以讓學(xué)生明白系統(tǒng)的整個(gè)受力情況，完整而又全面的顯示事物的本質(zhì)以及變化規(guī)律，有效減少推算步驟，幫助學(xué)生更加靈活地處理問(wèn)題。而隔離法則不同，它首先會(huì)將要研究分析的物體從相關(guān)物體體系中隔離出來(lái)，只針對(duì)該研究對(duì)象分析其他物體對(duì)它的作用力，而不考慮研究對(duì)象對(duì)其他物體的作用力。借助隔離法可以比較容易的判斷出單個(gè)物體的受力情況，在處理和解決問(wèn)題時(shí)比較簡(jiǎn)便，容易理解。另外，如果研究的是系統(tǒng)外力就可以采取整體法，而隔離法則更多地應(yīng)用于研究系統(tǒng)內(nèi)力。舉例來(lái)說(shuō)：假設(shè)一個(gè)粗糙水平面上放置了一個(gè)三角形木塊a、b、c，如圖5所示，之后在木塊的兩個(gè)粗糙面上分別放置質(zhì)量為

m1以及m2的木塊，且m1質(zhì)量大于m2。由題能夠得出，三角形木塊以及兩物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)，那么粗糙的水平面對(duì)于三角形來(lái)說(shuō)( )。

A.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向左；

B.有摩擦力的作用，且摩擦力的方向水平向右；

C.有摩擦力但是摩擦力的方向不確定，因?yàn)閙1、m2以及θ1、θ2的數(shù)值沒(méi)有給出；

D.上述說(shuō)法均不對(duì)。

解析：對(duì)于這類型的習(xí)題，首先要考慮使用整體法。由于三個(gè)物體都處于靜止?fàn)顟B(tài)，因此可以將它們看作是一個(gè)不規(guī)則的整體。再加上其靜止于水平面上，根據(jù)力的平衡原則，很容易得出水平面對(duì)三角形木塊并沒(méi)有摩擦力，而且整個(gè)物體只受重力以及支持力作用，故選D。

三、結(jié)語(yǔ)

綜上所述，作為高中物理中的重點(diǎn)以及難點(diǎn)，學(xué)習(xí)和掌握受力分析的相關(guān)知識(shí)以及方式方法，對(duì)學(xué)生今后學(xué)習(xí)有著重要意義。對(duì)此，在遇到分析物體的受力問(wèn)題時(shí)，要掌握科學(xué)的物體受力分析方法與步驟，加強(qiáng)基礎(chǔ)順序法、整體法與隔離法的練習(xí)和使用，從而在打破原來(lái)物理學(xué)習(xí)桎梏的同時(shí)，奠定良好學(xué)習(xí)物理的基礎(chǔ)。