例談在初中物理教學中培養學生受力分析的習慣

陳潔蕾

【摘要】初中學生在做力學題目時做錯的主要原因大多是沒有對研究對象進行受力分析，或是錯誤的受力分析，因此培養學生的受力分析習慣對解決力學問題非常重要，也對今后學習高中知識有很大幫助。本文通過幾道例題來談談在初中教學中如何培養學生受力分析的習慣。

【關鍵詞】初中物理;受力分析

我在初中物理教學中發現，很多學生進入八年級下冊學習力學之后開始覺得物理難，主要是因為解決問題時，學生僅憑做題的經驗分析，而沒有對物體進行受力分析，題目稍有變化就不知道如何入手或是判斷錯誤。《義務教育物理課程標準（2011年版）》提出：讓學生學會用物理知識和方法來解決問題。我們在教學中不僅要教會學生物理知識，還要教會學生掌握物理方法來解決問題，而受力分析就是其中一種。

在學習完摩擦力時，我給學生做了一道2013年的廣州中考題：

如圖甲所示，小明順著豎直的桿勻速下滑。

第（1）小問，多數學生們能正確畫出小明受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力;而第（2）小問，多數學生錯答“>”;第（3）小問，多數學生錯答“向下”。問答錯的同學選錯的原因：第（2）小問因為繩比桿粗糙，所以沿繩下滑受到的摩擦力大于沿桿下滑受到的摩擦力;第（3）小問因為小明向上爬，摩擦力的方向與運動方向相反，所以摩擦力方向向下。

我認為這道題容易做錯的根本原因就是：學生僅根據以往的做題經驗做判斷，沒有對物體進行受力分析。第（2）小問中，若學生根據小明的運動狀態進行受力分析，小明沿繩勻速下滑時受到豎直向下的重力和豎直向上的摩擦力，可知小明二力平衡，摩擦力等于重力，重力大小不變，摩擦力大小也不變，便可得出沿繩勻速下滑的摩擦力等于沿桿勻速下滑的摩擦力。同樣，第（3）小問根據運動狀態進行受力分析，可知摩擦力與重力二力平衡，就能得出摩擦力的方向與重力方向相反的答案。

如果第（2）（3）小問的題目中也要求畫出小明豎直方向受到的力，答對的學生數量會大大增加。可見，受力分析是解決物理力學問題的基本方法。因此培養學生解決力學問題時進行受力分析的習慣很重要。

習慣的養成是一個長期的過程，我們從新授課開始就要有意識地培養學生通過受力分析解決問題的習慣，充分發揮教師的示范作用，在講解例題時向學生示范利用受力分析解決問題，而不是為了節省時間口頭分析出答案。利用受力分析解決問題的過程：確定研究對象→根據題目條件結合運動狀態進行受力分析→利用受力分析作為依據解決問題。

一、確定研究對象

在上面那道中考題中，人的身體多處與桿接觸受到摩擦力，如果直接在人身上畫受力分析，可能有學生會畫出多個摩擦力。在這種物體的大小、形狀可以忽略的情況下，我們把它簡化成一個有質量的物質點，也就是高中講的質點，我們在教學中讓學生把物體受到的所有力畫在同一個點上，這樣學生受力分析就不容易出錯。

如果題目中不只一個物體，我們就要根據題目的要求選擇合適的研究對象，對研究對象受力分析時，注意不能把研究對象施于另外物體的力錯加在研究對象上。

學生答題時如果不進行受力分析，第一個空能很快判斷出彈簧測力計B，但是未必能解釋明白原因;第二個空就會錯答彈簧測力計C。但是我們進行受力分析后答案和解析就很清楚了。

此題有兩個物體——木塊、木板，要對哪個物體受力分析呢？我們要看清楚題目要求，第一個空問木板對木塊的摩擦力大小等于哪個彈簧測力計的示數，研究對象為木塊，木塊靜止，對木塊進行受力分析，木塊相對木板水平向左運動，木板對木塊的摩擦力與相對運動方向相反，所以水平向右，見圖1。由木塊力的示意圖可知，木塊受到的摩擦力f與彈簧測力計BFB的拉力二力平衡，可知木板對木塊的摩擦力大小等于彈簧測力計B的示數。

第二個空問木塊對木板的摩擦力大小等于哪個彈簧測力計的示數，研究對象為木板，對木板進行受力分析，根據木塊對木板的摩擦力與木板對木塊的摩擦力是相互作用力，方向相反，所以木塊對木板的摩擦力方向水平向左，見圖2。此時就能發現彈簧測力計C的大小等于木塊對木板的摩擦力與地面對木板的摩擦力的合力。因此，要根據木塊對木板的摩擦力與木板對木塊的摩擦力是相互作用力來判斷，它們大小相等，第二個空的答案還是彈簧測力計B。對木板進行受力分析之后，很多同學都能說出不是彈簧測力計C的原因了。

如果題目中同一個物體所處環境發生了變化，受到的力不一樣了，我們就要重新對它進行受力分析，如例2中的情境。

例2 已知正方體木塊的邊長為10cm，細線的一端與木塊底部相連，另一端固定在容器底，如圖甲所示（容器的高比細線與木塊邊長之和大得多，且細線可承受的拉力足夠大）。現向容器中慢慢加水，如圖乙所示。用F浮表示木塊受到的浮力，用h表示容器中水的深度，圖丙為F浮隨深度h變化的關系圖象。

（1）求木塊剛放入容器時對容器底部的壓強;

（2）作出木塊在丙圖CD段的受力示意圖，表明所受各力的大小。

雖然此題兩個小問都是問同一物體——木塊，但是木塊剛放入容器時所受到的力與木塊在CD段所受到的力不同，因此我們要分段進行受力分析。第（1）小問的研究對象是“剛放入容器的木塊”，第（2）小問的研究對象是“CD段的木塊”。

要完成這道題，必須理解加水整個過程木塊受力的變化。因此，除了把兩個小問中的兩個階段對木塊進行受力分析，還把其他階段的木塊都進行受力分析。

①丙圖O點，木塊剛放入容器時，還沒開始加水，此時木塊只受到重力和支持力，力的示意圖見圖3，沒有受到浮力。

②丙圖OA段，開始加水至木塊離開容器底部前，此時木塊受到重力、支持力、浮力，力的示意圖見圖4，隨著水的深度增加，浮力逐漸增大，支持力減小。

③丙圖AB段，木塊離開容器底部，加水至繩子拉緊前，此時木塊受到重力和浮力，力的示意圖見圖5，浮力大小不變。

④丙圖BC段，繩子拉緊對木塊有向下的拉力，加水至木塊浸沒前，此時木塊受到重力、浮力、拉力，力的示意圖見圖6，浮力逐漸增大，拉力增大。

⑤丙圖CD段，木塊浸沒在水中，此時木塊受到重力、浮力、拉力，力的示意圖見圖7，浮力不變，拉力不變。

畫完整個過程的木塊力的示意圖，學生對整個過程有了清晰的理解，不管題目問題設在哪個過程，學生都能弄清楚力的關系了。

此題中的5個力的示意圖中的研究對象都是木塊，但是因為加水過程中不同階段的木塊受到的力不同，所以受力分析時要分段，研究對象要選擇不同階段時的木塊，才不會出現混亂，才能正確畫出力的示意圖。

2.注意受力分析的順序

學生受力分析出錯的原因往往是判斷時僅憑自己的感覺，不是根據力的概念去分析，沒有條理，容易多畫或少畫力。我們可以引導學生按順序分析：一般先分析非接觸力，如重力（地球附近的所有物體都受到重力）、靜電力、磁場力等;再分析接觸力，看研究對象是否與其他物體接觸，分析接觸面是否存在彈力（拉力、壓力、推力、支持力等）;三看產生彈力的接觸面是否光滑，分析是否存在摩擦力。其中學生比較容易出錯的是判斷接觸面是否對研究對象有彈力，我們可以用“撤去法”分析。假設撤去此接觸面，看研究對象能否保持原來的運動狀態，如果運動狀態不變，則此接觸面對研究對象沒有彈力;如果運動狀態會發生改變，則接觸面對研究對象有彈力。

例3 下圖球A、B靜止，作出球A、B所受力的示意圖。

如果撤去墻壁，球A不能保持靜止狀態，會向左擺動，因此墻壁對球A有向右的彈力，力的示意圖見圖8;如果撤去墻壁，球B還能繼續保持靜止狀態，因此墻壁對球B沒有彈力，力的示意圖見圖9。

3.結合運動狀態分析

受力分析時還要結合研究對象的運動狀態。

例4 如圖所示，物體A放在B上，在水平拉力F作用下物體A、B一起運動，不計空氣阻力，畫出以下運動下物體A的受力示意圖。

（1）A、B一起向右做勻速直線運動;

（2）A、B一起向右做加速直線運動。

A、B一起運動，沒有相對滑動，做對這題的關鍵是在判斷兩種不同的運動狀態中物體A是否受到B的靜摩擦力。第（1）小問中，物體A做勻速直線運動，在水平方向上A受力平衡或不受力，由此可知A在水平方向上沒有受力，受力示意圖如圖10;第（2）小問中，由物體A向右做加速直線運動可知，A在水平方向上受力不平衡，那么肯定有受到B的靜摩擦力，方向與加速運動方向相同，受力示意圖如圖11。

由此例題看出不同的運動狀態時，物體的受力分析往往是不一樣的。所以在教學過程中也要訓練學生受力分析時注意結合物體的運動狀態，這樣才不容易出錯。

二、結語

綜上所述，受力分析是解決力學問題的基礎方法。我們在教學過程中，培養學生利用受力分析解決問題的習慣，這樣學生才能在遇到新情境、新問題時找到有效的解決方法，也對以后適應高中物理的學習也有很大幫助。

【參考文獻】

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