中學物理受力分析中常見的錯誤及其糾正方法

陳開福

（南安市實驗中學，福建 南安 362300）

物體之所以處在不同的運動狀態(tài)，是因為物體的受力情況不同。要研究物體的運動，就得分析物體受力的情況。如何正確對物體受力分析，是研究力學問題的關鍵，是應該掌握的基本功，也是正確分析與解決力學問題的關鍵所在。［1］怎樣正確分析物體受力情況呢？我們必須著重于培養(yǎng)學生分析問題的能力。分析物體的受力，就得正確分析周圍物體對研究對象所施加的力，分析所有作用力的大小、方向和作用點。在地球上的所有物體都受到地心引力，地面上的物體必定受到地球施加的重力，一般說來，與研究對象不相接觸的物體可能對它施加磁場力、電場力；與研究對象相接觸的物體可能對它施加彈力（如拉力、推力、壓力、支持力）和摩擦力。所以，我們要看被研究對象同它周圍的哪些物體有關聯(lián)，從而判斷可能有哪些力存在。下面就針對中學物理受力分析中常見的一些錯誤來分析。

一、錯畫力

科學概念是抽象的，為了使抽象的概念便于理解表述和交流，人們常用一些形象直觀的圖樣或者模型去表現(xiàn)它們。力的示意圖就是一種形象直觀表示力的方法。中學物理中，畫力的示意圖是學習物理的重要方法和技能，為了認識一個力，就要知道這個力的三要素大小、方向、作用點。但教材上從初中學生實際出發(fā)，降低了有關計算，作圖方面的難度，造成學生對力的三個要素不是太理解。在進行受力分析時，經常會把力的示意圖畫錯，主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.把力的大小畫錯

2.把力的方向畫錯

3.把作用點畫錯

例1 物體放在水平桌面上，受到一個與水平方向成30°角的斜向下的30N 右推力，將這個力的圖示畫出。

圖1 —錯誤

圖2 —錯誤

［分析］圖1 力的大小畫錯了；圖2 力的方向錯了；正確的如圖3 所示，如果被考慮的物體可以當作質點看待，我們就在物體上標一點，并以這點作為力的作用點。常見的錯誤還有把物體受力的作用點畫在桌面上。

例2 物體放在水平地面上，把物體對地面的壓力畫出。

圖1 —錯誤

圖2 —正確

［分析］圖1 是力的作用點畫錯，主要原因是錯把一個物體對另一個物體的壓力與重力混淆起來，認為壓力就是重力，這是初學力學者常犯的一個錯誤。作用點要確定在受力物體上，壓力是垂直作用在物體表面的力，方向總是垂直指向被變壓物體。重力的作用點在重心，方向總是豎直向下。

［糾正方法］必須嚴格按照作圖要求畫出力的大小、方向、作用點，必須明確研究對象。通常從周圍物體中把研究對象隔離開來，畫出簡圖，只要畫出其他的物體對它的作用力，凡是此物體所受之力，必須弄清方向，并標在圖上。而此物體對別的物體的作用力不能畫在研究對象上。畫受力圖時要求清楚，要正確畫出各力的方向，如彈力的方向要與接觸面垂直指向施力物體恢復原形的方向。摩擦力的方向總是在接觸面的切線方向，與物體相對運動或相對運動趨勢相反。［2］

二、多畫力

在進行受力分析時，只分析物體受到的力，不能把研究對象以外的物體受到的力也畫在受力圖上。學生多畫力主要表現(xiàn)在以下幾個方面：

1.研究對象不明，將作用于其他物體的力劃歸自己；

2.虛構和臆造力，把不存在的力多畫入；

3.同時考慮合力和分力對物體作用，將合力或分力重復畫入。［3］

例3 物體A 沿光滑斜面下滑，畫出物體的受力情況。

圖1 錯誤受力分析

圖2 錯誤受力分析

圖3 正確受力分析

［分析］圖1 學生認為物體要下滑，應該受到一個沿斜面向下的力，虛構了一個沿斜面向下的“下滑力”。物體受到力的作用時，肯定能找到這些力的施力物體，沒有施力物體的力是不存在的。下滑力無施力物體，所以它是臆造出來的。圖2 多把物體對斜面的壓力畫入。

例4 豎直向上拋出一小球，對其受力分析。

圖1 錯誤受力分析

圖2 正確受力分析

［分析］圖1 錯誤地多畫了一個向上的拋力，以為物體運動是靠力來維持。石塊之所以保持原來向上的運動狀態(tài)，不是在上升的過程中仍受到一個向上的拋力，而是由于慣性。再例如：足球踢出去后在草地上向前滾動，它受到重力、支持力和摩擦阻力的作用，而沒有踢球的力，踢球的力只在人腳與球接觸的瞬間才有。

例5 分析在真空中沿弧線擺動的小球A 的受力情況，指出其中的作用力和反作用力

圖1 —錯誤

圖2 —正確

［分析］圖1 錯誤的增加了一個向擺動方向的“擺動力”；圖2 擺球上受到重力G 和繩子的彈力T 的作用，T 和T′是一對作用力與反作用力。不過值得注意的是，當擺球處在A 位置時，作用在擺球上的兩個力——G、T 方向不一致，不可能平衡。G 和T 的合力指向平衡位置，使擺球從A 位置向平衡位置運動。可能出現(xiàn)的錯誤是錯將G、T 當成一對作用力與反作用力。

［糾正方法］要防止多畫力應該先徹底隔離研究對象，畫每一個力時應心里默念受力物體與施力物體。為了防止多添某些力，必須著重指出力的物質性，一個物體受到力的作用，必然要知道這個力的施力物體。當需要將重力分解成分力時，要注意不能把重力的分力和重力本身重復計算。對力進行合成分解時，合力與分力是“等效替代”的關系，合力與分力不可同時存在。在分析物體受力情況時，如果已經考慮某個力，那么就不需要再考慮它的分力。在分析物體是否受彈力和摩擦力的作用時，要從接觸物體去尋找，看在接觸處是否相對滑動（或運動趨勢）從而判斷有無摩擦力。另外還必須明確研究對象。

三、少畫力

在進行受力分析時，遺漏某些力的現(xiàn)象時有發(fā)生。究其原因是對力的產生條件、方向的判斷方法不夠熟悉，同時不明白物體的運動狀態(tài)與力之間的聯(lián)系。學生對物理基礎知識掌握不全，綜合分析能力缺乏，影響了受力分析準確性和全面性。少畫力通常是受力分析過程混亂所造成的。

例6 畫出跳傘運動員勻速下落時的受力圖。

圖1 —錯誤

圖2 —正確

［分析］圖1 少畫了一個向上的空氣阻力，因是勻速下落，根據二力平衡的條件，降落傘所受到的合力為零，受到一個向下的重力，必然受到一個向上的空氣阻力，二力是作用在同一物體、同一直線上、大小相等、方向相反，是一對平衡力。

例7 梯子A 斜靠在豎直光滑墻壁和粗糙水平地面上，對其受力分析。

圖1 —錯誤

圖2 —正確

［分析］圖1 多畫了墻壁對梯子向上的摩擦力，少畫了地面對梯子向左的摩擦力。題目的隱含條件是豎直光滑的墻壁，梯子與墻壁接觸且擠壓，因此有彈力無摩擦力。在判斷地面對梯子的摩擦力方向時，可以先假設地面是光滑的，再判斷梯子下端對地面可能的運動方向，然后確定摩擦力的方向。受力分析時，當不明確一個力是否存在時，可以通過這一個力的產生條件（或假設法）來判斷它是否存在。例如，站在超市自動扶梯的乘客，勻速向上的過程中有沒有受到摩擦力的問題，可以假設乘客有受到摩擦力的作用，那么人在向上勻速運動的過程中，受到平衡力的作用，此時必定有一個拉力和摩擦力相互平衡，然而并沒有拉力的存在，所以根本沒有存在向后的摩擦力。

例8 用力F 將物塊按在墻壁上，物塊沿著墻壁勻速下滑，畫出物塊的受力情況。

圖1 —錯誤

圖2 —錯誤

圖3 —正確

［分析］圖1 只考慮水平方向的受力情況，卻忽略了豎直方向還有受力。圖2 雖然考慮到豎直方向上受到了向下重力，但是忽略了物體的運動狀態(tài)。物體由于勻速下滑，根據受力平衡，它必定還要受到一個豎直向上的摩擦力。

［糾正方法］為了避免漏掉某些力，一定要養(yǎng)成按步驟分析，條理清晰。初中階段，主要初步學習了重力、彈力（包括壓力、拉力、支持力、浮力等）、摩擦力（包括滑動摩擦力、靜摩擦力、滾動摩擦力）。在進行受力分析時，可以按以下順序來考慮：1.畫重力，地球上的所有的物體都受到重力的作用，所以應該先考慮重力，把重力的作用點畫在重心上；2.畫彈力，繞研究對象順時針（或逆時針）查看一周，看看物體與哪些物體接觸，如果有接觸且擠壓則物體受到彈力的作用；3.畫摩擦力，如果接觸面上有擠壓，且接觸面粗糙，通過判斷物體有無相對運動（或相對運動趨勢），來確定物體是否受到滑動摩擦力（或靜摩擦力）和空氣阻力；4.畫其他力，考慮物體是否受到牽引力，電場力、磁場力作用，如果有則要畫出力。筆者為了方便學生記憶就受力分析進行如下總結，確定研究對象后，按照“一重力，二彈力，三摩擦力，四其他外力”的分析步驟，一步一步地去進行分析。［4］用質點表示物體，在中學階段，所學力學，主要是質點力學，是共點力系或平動等特殊情況，所以可把物體當作質點看待，可以把物體受到的各個力畫在一點上。物體在光滑的平面上運動時摩擦力為零，并且在水平面上運動時，豎直方向上受到的力總是互相平衡的。

畫好受力圖后必須進行檢查，檢查一下畫出的所有力可否找到它的施力物體，如果無施力物體，則此力必然不存在。尤其要檢查一下受力結果，是否使研究對象處在題中所給的運動狀態(tài)，先假設不存在這力，觀察研究對象的物體會有什么樣的運動，然后查看這個力應在什么方向，對象才能滿足題中的運動狀態(tài)。

綜上，為了防止受力分析中常見的這些錯誤，要注意下列問題：1.必須明確研究對象；2.畫好一個力應心里默念受力物體與施力物體；3.要養(yǎng)成按步驟分析的習慣，不能遺漏某些力；4.用質點表示物體。5.畫受力圖時要求清楚，畫好受力圖后要做一番檢查。