力學(xué)題受力分析解題方式的小談

劉卓

摘要：要研究物體的運(yùn)動(dòng)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(gè)物理學(xué)問(wèn)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：高中物理；受力分析；力學(xué)

中圖分類號(hào)：G633.7 文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B 文章編號(hào)：1672-1578（2016）03-0279-02

1.如何對(duì)物體進(jìn)行受力分析

1.1 審題并確定研究對(duì)象，運(yùn)用關(guān)聯(lián)思維聯(lián)想運(yùn)動(dòng)過(guò)程。高中的物理力學(xué)題往往是給出一個(gè)、兩個(gè)或者兩個(gè)以上的相互關(guān)聯(lián)的物體。有的題會(huì)直接給出條件，而有的題將條件隱含在某個(gè)句子或文字中，因此在審題時(shí)要特別謹(jǐn)慎。首先，審題時(shí)可以采用演繹法。所有的物理力學(xué)在剛開(kāi)始解題時(shí)應(yīng)該對(duì)所研究對(duì)象的受力情況進(jìn)行分析，列出受力方程式，采用力學(xué)的國(guó)際單位帶入進(jìn)行運(yùn)算，題做完之后應(yīng)該對(duì)結(jié)果進(jìn)行合理的分析和判斷。其次，審題時(shí)應(yīng)該聯(lián)想物體的物理運(yùn)動(dòng)過(guò)程。有的是勻速運(yùn)動(dòng)的，也有變速運(yùn)動(dòng)，形成一個(gè)脈絡(luò)清晰的物理運(yùn)動(dòng)圖景。通過(guò)圖景可以了解物體的狀態(tài)。比如說(shuō)勻速運(yùn)動(dòng)、靜止、等平衡狀態(tài)以及一些非平衡狀態(tài)。學(xué)生主要依據(jù)物理過(guò)程以及物體所處狀態(tài)列出方程式，這樣就有效減少了解力學(xué)題的盲目性。

1.2 構(gòu)建物理模型，分析受力條件。題目已經(jīng)給定可研究對(duì)象就要進(jìn)行抽象思維，形成在一定條件限制下的明確的物理圖景。物理圖景能夠轉(zhuǎn)移學(xué)生注意力，將學(xué)生情感與圖景相結(jié)合，有利于學(xué)生開(kāi)啟發(fā)散性思維。對(duì)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行分析。物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)與受力情況緊密相關(guān)，因此在解題的過(guò)程中必須保持思維清晰。我們還可以將題目中文字的敘述轉(zhuǎn)換成示意圖的形式。依據(jù)題意在圖上標(biāo)出受力情況。學(xué)生通過(guò)分析和標(biāo)注受力情況，對(duì)題目就會(huì)有更加直觀的了解，為進(jìn)一步解題打下了基礎(chǔ)。

1.3 分析物體受力時(shí)，還要考慮物體所處的狀態(tài)。分析物體受力時(shí)，要注意物體所處的狀態(tài)，物體所處的狀態(tài)不同，其受力情況一般也不同。如：放在水平傳送帶上的物體隨傳送帶一起傳動(dòng)時(shí)，若傳送帶加速運(yùn)動(dòng)，物體受到的摩擦力向前；若傳送帶減速運(yùn)動(dòng)，物體受到的摩擦力向后；若傳送帶勻速運(yùn)動(dòng)，物體不受摩擦力作用。

例如：如甲圖所示，物體A靠在豎直墻面上，在力F的作用下，A、B保持靜止。物體B的受力個(gè)數(shù)為 （ ）

解析：如乙圖所示，以物體B為研究對(duì)象，B受重力 向上的外力F和A對(duì)B的壓力N，物體B有相對(duì)A上移的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，故A對(duì)B的靜摩擦力沿斜邊向下 ，故選C正確。

2.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(guò)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(guò)整體法分析物理問(wèn)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(kāi)了中間環(huán)節(jié)的繁瑣推算，能夠靈活地解決問(wèn)題。通常在分析這一整體對(duì)象之外的物體對(duì)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(shí)，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(lái)，作為研究對(duì)象，只分析該研究對(duì)象以外的物體對(duì)該對(duì)象的作用力，不考慮研究對(duì)象對(duì)其他物體的作用力。它的優(yōu)點(diǎn)是：容易看清單個(gè)物體的受力情況，問(wèn)題處理起來(lái)比較方便、簡(jiǎn)單，便于理解。在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體（或一個(gè)物體的各個(gè)部分）間的相互作用時(shí)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。[1]

在力學(xué)中，解決力學(xué)問(wèn)題時(shí)，往往遇到這樣一類情況：題中被研究的對(duì)象不是單一的一個(gè)物體，而是互相關(guān)聯(lián)的幾個(gè)物體組成一個(gè)系統(tǒng)。解這一類問(wèn)題，一般采用隔離法：即把各個(gè)物體隔離開(kāi)來(lái)，分別作受力分析，再根據(jù)各自的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，應(yīng)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律和運(yùn)動(dòng)學(xué)公式，列式求解。但在這類問(wèn)題中，往往單用隔離法很難求得結(jié)果，解決過(guò)程也十分繁復(fù)，甚至用隔離法解簡(jiǎn)直無(wú)從著手。這時(shí)，我們不妨試用整體法：即把整個(gè)系統(tǒng)當(dāng)作一個(gè)整體作為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，再列式求解。這樣做，往往能使原來(lái)很難求解的問(wèn)題簡(jiǎn)單化，無(wú)從著手的問(wèn)題也迎刃而解。

其實(shí)一邊情況下，針對(duì)不同的運(yùn)動(dòng)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(dòng)時(shí)，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(dòng)。以上這些情況，整體都平衡，整體內(nèi)每個(gè)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(gè)物體的受力特點(diǎn)。

例如：在粗糙水平面上有一個(gè)三角形木塊abc，在它的兩個(gè)粗糙斜面上分別放兩個(gè)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(duì)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(shuō)法都不對(duì)。

解析：這樣類型的問(wèn)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(duì)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(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)。由于系統(tǒng)內(nèi)物體間沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即整體內(nèi)每個(gè)物體都具有相同的速度和加速度，這時(shí)整體所受的合力提供整體運(yùn)動(dòng)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(dòng)特點(diǎn)。

（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(dòng)狀態(tài)不同，物體間有相對(duì)運(yùn)動(dòng)，通常習(xí)慣用隔離法。若系統(tǒng)內(nèi)兩個(gè)物體一個(gè)處于平衡，另一個(gè)處于不平衡狀態(tài)時(shí)，也可以利用整體法來(lái)分析，有時(shí)會(huì)使問(wèn)題簡(jiǎn)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(lái)提供不平衡物體的加速度。

例如：質(zhì)量為M的框架放在水平地面上，一輕彈簧上端固定一個(gè)質(zhì)量為m的小球，小球上下振動(dòng)時(shí)，框架始終沒(méi)有跳起。當(dāng)框架對(duì)地面壓力為零瞬間，小球的加速度大小為（ ）。

A.大于g B.小于g C.0 D.g

解析：這里框架恰好平衡，而小球不平衡，利用整體法，由于框架對(duì)地面的壓力為零，則整體只受到重力（M+m）g，合力即為（M+m）g，方向豎直向下，提供小球的加速度，所以（M+m）g=ma，即a=g，所以選項(xiàng)D正確。這一題如果用隔離法分析過(guò)程要復(fù)雜麻煩。

綜上所述，在分析物體的受力問(wèn)題時(shí)，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(duì)不同的問(wèn)題是解決物理受力分析問(wèn)題的關(guān)鍵。這不但能在教學(xué)過(guò)程中有意識(shí)地培養(yǎng)學(xué)生知道物體的多種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，增強(qiáng)整體法的思維意識(shí)，也能幫助學(xué)生能夠更加全面地理解力和運(yùn)動(dòng)的相互關(guān)系，是幫助學(xué)生思維能力的提升的好方法。