關于物體的受力分析

朱發明

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

關鍵詞：學習習慣;研究對象;運動狀態;隔離法;整體法

物體的受力分析是高中物理教學中重要而基本的內容。不僅是解決力學問題的基礎，也是分析和解決其他物理問題，學好高中物理的一項非常重要的基本功。本文結合平時教學的點滴收獲，談談如何進一步提高學生受力分析的能力。

一、要養成良好的學習習慣

許多學生都非常重視自己受力分析能力的訓練和提高，但又覺得能力的培養和提高十分抽象，不知從何處下手。其實，養成良好的習慣是首要的一步。

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的作用下向右運動。

（1）物體A受到幾個力的作用？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？

（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：這是一道非常基本的受力分析問題。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手畫出來，并用相應的符號代表各個力，就可以從圖上直觀地看出各個力的反作用力，使有關各力的施力物體、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，更是一種良好的學習習慣。許多學生往往認為簡單的問題，無須畫受力示意圖。由于懶于動手，致使習慣未養成，從而遇到較復雜一點的問題，想畫又不會畫，使得能力的提高成為一句空話。相反，應當重視對一些力所能及的基本問題的認真分析，因為這樣的問題有助于我們養成獨立思考和仔細分析的良好習慣，更有助于培養自己學習物理的興趣，樹立自信心，變被動學習為主動學習。而且通過自己的獨立思考、分析和鉆研，才能達到舉一反三、融會貫通，形成正確的認知結構。因此，簡單問題正是鍛煉和提高受力分析能力的基礎。

2.準確理解力的定義

首先要深思熟慮“力是物體間的相互作用”這一力的定義，明確每一個力都必須有其受力物體和施力物體，避免發生憑空臆造的錯誤。其次，在高中物理中這種相互作用按性質劃分包括：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的場發生的相互作用。由于對力分類的方法不同，同一個力可能會有不同的名稱。若按效果分有壓力、支持力、動力、阻力、牽引力、合力、分力、回復力、向心力……有時還可能根據這個力在研究對象組成系統中的地位被稱為“內力、外力”等，但只要我們牢牢把握受力分析就是分析某個待研究的物體在特定的物理情景中實際所受到的各種不同性質的外力，就不會發生重復、累積的錯誤。

3.按一定的順序受力分析

養成按一定的順序受力分析的習慣，往往可以避免發生“丟三落四”之類的錯誤。一般應按先易后難的順序進行，即先考慮重力或各種場力，然后考慮題目給定的力，因為這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去的這種張冠李戴的錯誤。對象選合適，將對問題的解決產生事半功倍的效果。一般而言，應以下兩個方面綜合起來考慮，即題目的需要和解題的方便。

1.靈活轉換研究對象

因為物體間的相互作用服從牛頓第三定律，據此靈活轉換研究對象是受力分析中經常采用的方法。比如，水平面上靜止一個質量為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直接以水平面為研究對象，則這樣一個最基本的問題也無法求解。但若轉換研究對象，先分析物體m的受力情況，再結合物體的平衡條件及牛頓第三定律即可有理有據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、緊扣物體的運動狀態

物體的受力情況決定著物體的運動情況，反過來物體的運動情況制約著物體的受力分析。脫離物體的運動情況，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動情況結合起來，依靠相應的力學知識進行綜合分析、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，質量為m物體在水平力F的作用下處于靜止狀態，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：發散思維

①當mg、F、N三力恰好平衡時，即Fcosθ=mgsinθ，m不受摩擦力;

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

③當mg、F、N三者合力沿斜面向下時，即Fcosθ

方法二：收斂思維

選取沿斜面向上為正方向，假設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，認為掌握了以上幾條具體的內容后，受力分析的能力就會得到提高。實際上這需要一個長期的過程，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。關鍵是在平時學習中要樂于獨立思考，刻苦鉆研，悉心領悟，不斷反思，及時總結，現行教材正是貫徹循序漸進的原則，對此未單獨列節，而是分步地提高要求的。