關(guān)于物體的受力分析

朱發(fā)明

摘 要：高中生學(xué)習(xí)物理的困難主要是不能正確進(jìn)行受力分析。從幾個(gè)不同方面較詳細(xì)地介紹了受力分析的具體方法及注意事項(xiàng)，對提高學(xué)生受力分析的能力，開闊學(xué)生思路都是有裨益的。

關(guān)鍵詞：學(xué)習(xí)習(xí)慣;研究對象;運(yùn)動(dòng)狀態(tài);隔離法;整體法

物體的受力分析是高中物理教學(xué)中重要而基本的內(nèi)容。不僅是解決力學(xué)問題的基礎(chǔ)，也是分析和解決其他物理問題，學(xué)好高中物理的一項(xiàng)非常重要的基本功。本文結(jié)合平時(shí)教學(xué)的點(diǎn)滴收獲，談?wù)勅绾芜M(jìn)一步提高學(xué)生受力分析的能力。

一、要養(yǎng)成良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣

許多學(xué)生都非常重視自己受力分析能力的訓(xùn)練和提高，但又覺得能力的培養(yǎng)和提高十分抽象，不知從何處下手。其實(shí)，養(yǎng)成良好的習(xí)慣是首要的一步。

1.從最簡單的問題開始

例1.如下圖，物體A、B用輕繩相連，置于有摩擦的水平地面上，在水平力F的作用下向右運(yùn)動(dòng)。

（1）物體A受到幾個(gè)力的作用？這些作用是什么物體施加的？方向如何？畫出其受力示意圖。

（2）這些力屬于什么性質(zhì)？

（3）這些力的反作用力分別作用在哪些物體上？方向如何？

分析：這是一道非?；镜氖芰Ψ治鰡栴}。將物體A隔離出來，把周圍其他物體對A的作用力用簡單的示意圖動(dòng)手畫出來，并用相應(yīng)的符號代表各個(gè)力，就可以從圖上直觀地看出各個(gè)力的反作用力，使有關(guān)各力的施力物體、受力物體一目了然。能正確畫出物體受力的示意圖，并能對題目所涉及的問題分析得一清二楚，表述得毫不含糊，不僅是一種重要的能力，更是一種良好的學(xué)習(xí)習(xí)慣。許多學(xué)生往往認(rèn)為簡單的問題，無須畫受力示意圖。由于懶于動(dòng)手，致使習(xí)慣未養(yǎng)成，從而遇到較復(fù)雜一點(diǎn)的問題，想畫又不會畫，使得能力的提高成為一句空話。相反，應(yīng)當(dāng)重視對一些力所能及的基本問題的認(rèn)真分析，因?yàn)檫@樣的問題有助于我們養(yǎng)成獨(dú)立思考和仔細(xì)分析的良好習(xí)慣，更有助于培養(yǎng)自己學(xué)習(xí)物理的興趣，樹立自信心，變被動(dòng)學(xué)習(xí)為主動(dòng)學(xué)習(xí)。而且通過自己的獨(dú)立思考、分析和鉆研，才能達(dá)到舉一反三、融會貫通，形成正確的認(rèn)知結(jié)構(gòu)。因此，簡單問題正是鍛煉和提高受力分析能力的基礎(chǔ)。

2.準(zhǔn)確理解力的定義

首先要深思熟慮“力是物體間的相互作用”這一力的定義，明確每一個(gè)力都必須有其受力物體和施力物體，避免發(fā)生憑空臆造的錯(cuò)誤。其次，在高中物理中這種相互作用按性質(zhì)劃分包括：萬有引力、電場力、磁場力、分子力、核力、彈力、摩擦力等。其中彈力、摩擦力是以相互接觸為前提的，其余各力都是通過相應(yīng)的場發(fā)生的相互作用。由于對力分類的方法不同，同一個(gè)力可能會有不同的名稱。若按效果分有壓力、支持力、動(dòng)力、阻力、牽引力、合力、分力、回復(fù)力、向心力……有時(shí)還可能根據(jù)這個(gè)力在研究對象組成系統(tǒng)中的地位被稱為“內(nèi)力、外力”等，但只要我們牢牢把握受力分析就是分析某個(gè)待研究的物體在特定的物理情景中實(shí)際所受到的各種不同性質(zhì)的外力，就不會發(fā)生重復(fù)、累積的錯(cuò)誤。

3.按一定的順序受力分析

養(yǎng)成按一定的順序受力分析的習(xí)慣，往往可以避免發(fā)生“丟三落四”之類的錯(cuò)誤。一般應(yīng)按先易后難的順序進(jìn)行，即先考慮重力或各種場力，然后考慮題目給定的力，因?yàn)檫@些力總是很容易判斷的。最后在研究對象與周圍物體的接觸處找彈力、摩擦力等較難判斷的接觸力。

二、巧選研究對象

明確了受力分析的對象，就不會發(fā)生將待研究的物體施加給周圍其他物體的作用力也考慮進(jìn)去的這種張冠李戴的錯(cuò)誤。對象選合適，將對問題的解決產(chǎn)生事半功倍的效果。一般而言，應(yīng)以下兩個(gè)方面綜合起來考慮，即題目的需要和解題的方便。

1.靈活轉(zhuǎn)換研究對象

因?yàn)槲矬w間的相互作用服從牛頓第三定律，據(jù)此靈活轉(zhuǎn)換研究對象是受力分析中經(jīng)常采用的方法。比如，水平面上靜止一個(gè)質(zhì)量為m的物體，求水平面所受的壓力。在這里若僅從題目的需要出發(fā)直接以水平面為研究對象，則這樣一個(gè)最基本的問題也無法求解。但若轉(zhuǎn)換研究對象，先分析物體m的受力情況，再結(jié)合物體的平衡條件及牛頓第三定律即可有理有據(jù)地得出水平面所受壓力大小等于物體重力的大小，方向豎直向下。

2.靈活選擇隔離法和整體法

三、緊扣物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

物體的受力情況決定著物體的運(yùn)動(dòng)情況，反過來物體的運(yùn)動(dòng)情況制約著物體的受力分析。脫離物體的運(yùn)動(dòng)情況，談物體的受力分析是毫無意義的。將重力或其他場力及題目給定的力先考慮，而將接觸面處的彈力、摩擦力特別是靜摩擦力等放在最后分析，正是基于將已知的受力情況和已知的運(yùn)動(dòng)情況結(jié)合起來，依靠相應(yīng)的力學(xué)知識進(jìn)行綜合分析、推理、判斷的思路，這正是受力分析的精髓。

例4.如下圖，在傾角為θ的斜面上，質(zhì)量為m物體在水平力F的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài)，試分析該物體的受力情況。

解析：已知物體受重力mg，給定水平力F，斜面支持力N的作用，這里主要是靜摩擦力的分析。

方法一：發(fā)散思維

①當(dāng)mg、F、N三力恰好平衡時(shí)，即Fcosθ=mgsinθ，m不受摩擦力;

②當(dāng)mg、F、N三者合力沿斜面向上時(shí)，即Fcosθ>mgsinθ，m受沿斜面向下的靜摩擦力f，且f=Fcosθ-mgsinθ;

③當(dāng)mg、F、N三者合力沿斜面向下時(shí)，即Fcosθ

方法二：收斂思維

選取沿斜面向上為正方向，假設(shè)m所受靜摩擦力為f，由平衡條件得Fcosθ+f-mgsinθ=0，所以f=mgsinθ-Fcosθ，若mgsinθ-Fcosθ=0，f=0;若mgsinθ-Fcosθ>0，f沿斜面向上，大小為f=mgsinθ-Fcosθ;若mgsinθ-Fcosθ<0，f沿斜面向下，大小為f=Fcosθ-mgsinθ。即在F逐漸增加的過程中，靜摩擦力f先沿斜面向上逐漸減少到零，然后沿斜面向下逐漸增大。而由N=mgcosθ+Fsinθ知，在m保持靜止的前提下支持力N隨F的增大單調(diào)遞增。

要特別指出的是受力分析這一“基本功”不是某些具體的知識，不能將它簡單的“知識化”了，認(rèn)為掌握了以上幾條具體的內(nèi)容后，受力分析的能力就會得到提高。實(shí)際上這需要一個(gè)長期的過程，是隨著物理知識的不斷積累掌握而逐步提高的，不可有急于求成的思想。關(guān)鍵是在平時(shí)學(xué)習(xí)中要樂于獨(dú)立思考，刻苦鉆研，悉心領(lǐng)悟，不斷反思，及時(shí)總結(jié)，現(xiàn)行教材正是貫徹循序漸進(jìn)的原則，對此未單獨(dú)列節(jié)，而是分步地提高要求的。