高中物理力學(xué)教學(xué)初探

楊紹華

【摘要】物體之所以處于不同的運(yùn)動狀態(tài)，是由于他們的受力情況不同。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。本文就高中物理力學(xué)題受力分析解題方式做了以下研究，總結(jié)了幾點(diǎn)經(jīng)驗(yàn)，和大家分享一下。

【關(guān)鍵詞】受力分析;整體法;隔離法;力學(xué)

一、如何對物體進(jìn)行受力分析。

1.明確研究對象，并把特從周圍的環(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)?！睆椓湍Σ亮Χ际??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、阻力等。

4.只分析研究對象收到的力，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，錯誤的認(rèn)為通過“力的傳遞”而作用在研究對象上。

二、力學(xué)部分常用的分析方法：整體法和隔離法。

整體法是從局部到全局的思維過程，是系統(tǒng)論中的整體原理在力學(xué)中的應(yīng)用。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（外力），不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力（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。這就是整體法與隔離法的綜合應(yīng)用。

在力學(xué)中，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，解決過程也十分繁復(fù)，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。

其實(shí)一邊情況下，針對不同的運(yùn)動狀態(tài)我們可以選擇不同的分析方法，一般可以分為以下三種情況：

（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1：在粗糙水平面上有一個三角形木塊abc，在它的兩個粗糙斜面上分別放兩個質(zhì)量m1和m2和木塊，m1>m2，如圖所示，已知三角形木塊和兩物體都是靜止的，則粗糙水平面對三角形木塊（ ? ）。

A.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向右;

B.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向左;

C.有摩擦力的作用，但摩擦力的方向不能確定，因?yàn)閙1，m2，θ1，θ2的數(shù)值并未給出;

D.以上說法都不對。

解析：這樣類型的問題優(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三角形木塊摩擦力為零，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2：光滑水平面上，放一傾角為的光滑斜木塊，質(zhì)量為m的光滑物體放在斜面上，如圖所示，現(xiàn)對斜面施加力F，若使M與m保持相對靜止，F(xiàn)應(yīng)為多大？

解析：由于斜面光滑，物塊只受重力和斜面的彈力，而且和斜面一起運(yùn)動，則先隔離物塊分析受力，計(jì)算出加速度a=gtan，方向水平向左，再根據(jù)整體法可以求得F=（M+m）gtan.

這是典型的整體法與隔離法的綜合應(yīng)用（先隔離后整體）。

（3）、系統(tǒng)內(nèi)部分平衡部分不平衡。這種情況由于系統(tǒng)內(nèi)物體的運(yùn)動狀態(tài)不同，物體間有相對運(yùn)動，通常習(xí)慣用隔離法。若系統(tǒng)內(nèi)兩個物體一個處于平衡，另一個處于不平衡狀態(tài)時，也可以利用整體法來分析，有時會使問題簡化易于理解。當(dāng)然，這種情況整體所受合力不為零，整體所受合力就等于不平衡物體所受的合力，用來提供不平衡物體的加速度。

例3：若例2中使M靜止不動，F(xiàn)應(yīng)為多大？

速下滑，處于不平衡狀態(tài)，而斜面體在光滑的水平面上由于外力F作用而保持靜止不動，及平衡狀態(tài)。這種類型許多學(xué)生都習(xí)慣用隔離法分別對物塊分析，從而計(jì)算出物塊和斜面之間的彈力，然后再分析斜面，根據(jù)斜面的平衡來確定外力F的大小。

這種類型如果利用整體法來分析要簡單得多，這里整體所受的合力就等于處于不平衡的物塊所受的合力。當(dāng)然，這里首先要根據(jù)物塊受力明確物塊的加速度，方向沿斜面向下。整體受力為：重力（M+m）g、地面的支持力N和外力F。

利用正交分解法，將加速度分解為水平方向ax=acos=gsincos;豎直方向ay=asin=gsin2，

再根據(jù)牛頓第二定律得到：F=max=mgsincos=mgsin2，（M+m）g-N=may=mgsin2

這種方法很顯然要比分別隔離來計(jì)算要簡單方便。

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)生能夠更加全面地理解力和運(yùn)動的相互關(guān)系，是幫助學(xué)生思維能力的提升的好方法。