如何更好地進行受力分析的思考

胡偉

摘要：受力分析就是明確受力對象后，把它從周圍物體中隔離出來，按照一定的規律順序先后畫出所受的力，先分析場力和彈力，再分析摩擦力的過程。受力分析是物理力學的基礎，歸納受力分析的方法能幫助學生快速入門，準確理解相關知識。

關鍵詞：畫受力;摩擦力;場力;彈力

中圖分類號：G633.7文獻標識碼：A文章編號：1992-7711（2021）17-101

在高中物理的學習中，能否進行正確的受力分析是解決物理力學問題的關鍵。如何對物體進行快速準確的受力分析呢？在分析過程中要注意什么問題呢？老師在教授受力分析時應注意什么呢？下面，筆者針對這些問題進行歸納，希望對老師和同學們有所幫助。

筆者認為，對于物體的受力分析應分成兩步：第一步，正確畫出物體的受力;第二步，應用合成或分解等方法分析物體的受力。

一、畫受力的步驟

1.確定研究對象

首先要明確物體在某個過程中的運動情況，過程不同，物體的運動情況可能不同，運動情況不同，受力就可能不同。如果研究對象是靜止或做勻速直線運動（或者是在某一方向上是靜止或做勻速直線運動），則它的受力（或在某個方向上的受力）應該是平衡的;如果研究對象在某一方向做勻變速運動，則物體在該方向上所受的合力與加速度方向相同;如果物體做圓周運動，一般來說物體所受合力應指向圓心，高中階段主要考查指向圓心方向的合力（在豎直方向上主要是最高點和最低點），其他方向不用考查。

2.具體分析研究對象的受力情況

分析物體受力需按固定順序進行，即嚴格按照已知力、場力、彈力、摩擦力的順序依次分析。這與我們學習力的順序幾乎相同，對每一種力的理解直接影響正確地畫力。

（1）先畫已知力。已知力是題目中已經交代方向的力。比如：題目中有“用與水平方向成30°的力拉物體”，或“物體受到水平方向的風力”，或“將物體放在水中”等字樣。

（2）二畫場力（引力場、電場、磁場）。只要沒有交代物體不在地球上，一個物體或整體（系統）只畫一個重力，方向總是豎直向下，電場力、磁場力根據各種場的特點判斷。

（3）三畫彈力。一般包括①繩子的拉力（或彈簧的彈力），如果沒有繩子（或彈簧）就不用畫，方向：沿著繩子的方向（或彈簧的方向，注意彈簧是拉伸還是壓縮的，兩者方向不同）;②上面物體的壓力，如果沒有覆蓋物則沒有壓力，方向：垂直于接觸面（無論是施力物還是受力物，找出面就行）;③支持力，就是下方支撐面提供的力，如果下方沒有支撐面也就沒有了支持力，方向也是垂直于接觸面;無論是壓力還是支持力，抓住一個原則，方向一定是垂直于接觸面。

（4）四畫摩擦力。題目中接觸面不光滑或已經提供了動摩擦因數，有相對運動或相對運動的趨勢，根據平衡的特點或牛頓第二定律判斷有無摩擦力。注意，彈力和摩擦力的個數總是小于或等于接觸面的個數，且一個接觸面對受力物的彈力或摩擦力至多只有一個。

例1：水平面上的平行軌道OPMN，寬度為d，OP端接電源，電動勢為E（內阻不計）。一根質量為m、電阻為R的金屬棒ab放在軌道上，現加一個大范圍的勻強磁場B，方向與水平面夾角為θ且指向右斜上方，當金屬棒靜止時，分析其受到的支持力和摩擦力各為多大？

按順序畫受力：沒有已知力、有重力G、安培力F（磁場力：電流方向由a流向b，利用安培力的判斷方法畫出F）、支持力N、摩擦力f。

二、分析物體受力的方法

對物體畫受力的最終目的是要得出力與力之間的關系，在對物體正確畫力后，就需要運用平行四邊形定則、三角形定則、正交分解等方法進行力的合成和分解，從而列出它們之間的關系方程（牛頓第二定律方程）。其中，正方向一般以初速度或加速度為準，因學生學習的所有力的公式都是標量公式（如：G=mg，f=μFN，F=qE等），而牛二方程卻是矢量方程，這就需要在求合力時，先附上正負，將其變成矢量再求和（如：與正方向相反的力前面加“-”號）。

例2：質量為3kg的長木板放在光滑的水平面上靜止。現在用大小為11N的水平拉力F讓它由靜止開始向右運動。如圖所示，當它的速度達到1m/s時，把一個質量為4kg的物塊輕輕放在木板的右端。已知物塊與木板之間的動摩擦因數為02，物塊可視為質點。求（取g=10m/s2）物塊剛放到木板上時，物塊和木板的加速度分別有多大？

分析：這里有兩個物體，受力分析需明確對象。

對m受力：沒有已知力作用在m上（不用畫）、重力（豎直向下）、支持力（豎直向上）、摩擦力如圖。

豎直方向：N1-mg=0，即N1=mg，豎直向上為正。

水平方向：只受摩擦力且為滑動摩擦力f=μN1=μmg=8N=ma1。

所以m的加速度為a1=2m/s2，水平向右為正。

對M受力：已知力、重力、壓力、支持力、摩擦力（根據牛頓第三定律等于m受到的摩擦力f）如圖。

豎直方向：N2-F壓-G2=0，

水平方向：F-f=Ma2，

得出a2=1m/s2。

三、受力分析過程中需要注意以下幾點

1.受力分析是研究對象（即受力物體或整體）所受到的力，不是研究對象作用于周圍物體的力，兩者不能混淆;

2.在研究整體（系統）的受力時，整體（系統）內兩物體間的作用力屬于內部力，不用分析，只分析周圍物體對整體（系統）的外部力;

3.要防止“多力”，指不出施力物體的則這個力不存在，如剎車后物體由于慣性繼續向前前進的“沖力”、做圓周運動的物體所受的向心力;

4.受力分析時要判斷一個力是否存在，可以使用假設法。例如，對靜止A的受力分析時，要判斷A是否受到B的摩擦力，可以先假設存在這個摩擦力，無論方向向左還是向右，根據物體的狀態分析可知物體受力應該是平衡的，可是無法找出與摩擦力平衡的力，所以假設不成立。

再比如：對下圖的木棒進行受力分析，木棒是否受摩擦力，摩擦力的方向如何，先受力，有重力、拉力，沒有壓力、支持力，假設地面光滑，沒有摩擦力，根據靜止時物體受力平衡，拉力有向右的效果無法抵消，所以假設不成立，有摩擦力且向左，以抵消拉力向右的效果。

5.所畫的力的示意圖（長短）能大致反映力的大小關系，并標出力的符號以便進行直觀判斷。

6.接觸力產生的條件就是要有接觸，不能隔山打牛，不要以為作用在其周圍物體上的力能直接傳遞到研究對象上，甚至還認為大小相同。

7.連續分析多個物體受力時，注意兩個物體間的相互作用力。第一個物體如果受到第二個物體的作用力，根據牛頓第三定律，第二個物體也必然受到第一個物體對它的反作用力，大小相等，方向相反。

綜上所述，靈活地選擇研究對象，正確地按順序畫出受力，不多力、少力，再利用平衡條件的合適形式建立角和力之間的關系，這就是正確的受力分析。本文歸納的受力分析的方法能讓學生快速入門，結合知識點的學習更有效地形成解決物理問題的基本思路和能力。

（作者單位：南京市秦淮中學，江蘇 南京210000）