突破組合體的受力分析

賈元真 富春竹 祝蕊

正確對物體進行受力分析是解決力學問題的關鍵，這一知識點貫穿力學學習的始終。下面結合中考真題介紹對組合體受力分析的方法和步驟。

考點提煉

考點1：不添力、不漏力

解題思路：（1）選好研究對象。理解“受力分析”中“受力”二字，所謂“受力”指的是“受力物體”，即研究對象。一般先選擇受力簡單的物體進行分析。

（2）把握分析原則。原則是“分析誰，隔離誰”，只分析受力，不分析施力。

（3）找準對應狀態。“勻速直線運動”“靜止”對應受平衡力或不受力的情況；“加速”“減速”“曲線運動”對應受非平衡力的情況。

（4）按照順序分析。重力一定有，彈力看四周，摩擦分動靜，方向要判準。

易錯點：研究對象分辨不清，施力物體和受力物體混為一談，不對應物體運動狀態分析受力，造成添力或漏力。

解題要點：（1）明確力的概念。力是物體對物體的作用；一個力存在，則必然施力物體和受力物體同時存在。（2）明確力與運動的關系。力可以改變物體的運動狀態，若物體的運動狀態改變，一定受到了力的作用。若物體處于平衡狀態且受力，一定受到了平衡力。

考點2：假設法判斷摩擦力

解題思路：（1）假設接觸面光滑，若不影響物體原來的運動狀態，說明無摩擦力；反之，說明有摩擦力。

（2）假設接觸面有（或無）摩擦力，看此時物體的運動狀態是否與題中狀態相符合，再肯定或否定先前的假設。

易錯點：靜摩擦力的有無判斷不清；靜摩擦力或滑動摩擦力的方向判斷不清。

解題要點：（1）摩擦力的產生條件有三個，即①兩個物體的接觸面粗糙，②兩個物體相互接觸且相互擠壓，③兩個物體的接觸面存在相對運動（或相對運動趨勢），這三個條件缺一不可。（2）牢記二力平衡的條件，即大小相等，方向相反，作用在同一個物體上。

考點3：隔離法和整體法

解題思路：（1）隔離法，將某個研究對象從組合體中分離出來，只分析該研究對象之外的物體對它的作用力，不考慮該研究對象對其他物體的作用力。

（2）整體法，明確組合體整體運動過程，從整體上分析組合體受到的外界的力，不考慮組合體內部各物體間的相互作用力。

（3）尋找未知量和已知量之間的關系，選擇適當的物理定律求解。

易錯點：概念不清，相互作用力和平衡力區分不開，導致受力分析錯誤。

解題要點：（1）突出“受力物體”，區分平衡力與相互作用力；

（2）分析組合體內部各物體之間的相互作用力時，選用隔離法；

（3）分析外界對組合體整體作用力時選用整體法。

真題精講

類型1：滑塊組合體（考點1 + 考點2 + 考點3）

例1 （2022·廣西·貴港）如圖1甲所示，完全相同的木塊A和B緊靠在一起平放在粗糙程度相同的水平桌面上，在10 N的水平推力F1作用下一起向右做勻速直線運動。若將A、B疊放到該桌面上，用水平力F2拉著B使它們一起向右做勻速直線運動（如圖1乙所示），則拉力F2 = N，此時木塊A所受的摩擦力為 N。

解析：運用整體法分析。圖1甲中在水平方向上，F1與地面對A、B組合體的滑動摩擦力是一對平衡力，所以，此滑動摩擦力等于10 N。圖1乙中，由于壓力大小和接觸面的粗糙程度都沒變，所以組合體受到的滑動摩擦力不變，還是10 N，再根據二力平衡得出F2 = 10 N。用假設法分析圖乙中A受力：在水平方向上，假設B對A有摩擦力，那么A受非平衡力，推出A處于不平衡狀態，與題目中A做勻速直線運動相矛盾，所以A所受摩擦力為0。

答案：10 0

類型2：滑輪組合體（考點1 + 考點3）

例2 （多選）（2022·北京）如圖2，工人站在水平臺面上用滑輪組提貨物。工人第一次豎直向上用200 N的力拉繩子時，貨物未離開水平地面；第二次豎直向上拉動繩子，使貨物以0.09 m/s的速度勻速上升。已知工人體重為600 N，貨物重為900 N，貨物與地面的接觸面積為0.1 m2，動滑輪重為100 N。不計滑輪組的繩重和摩擦，下列說法正確的是（ ）。

A. 第一次拉繩子時，工人對水平臺面的壓力為800 N

B. 第一次拉繩子時，貨物對地面的壓強為4000 Pa

C. 第二次拉繩子的過程中，該滑輪組的機械效率為90%

D. 第二次拉繩子的過程中，工人拉力的功率為81 W

解析：A. 運用隔離法對第一次拉繩子的人進行受力分析。如圖3，水平臺面對人的支持力FN =? F拉 + G人 = 200 N + 600 N = 800 N，該支持力與人對水平臺面的壓力是一對相互作用力，所以F壓 = FN = 800 N。

B. 運用整體法對第一次拉繩子時的動滑輪和物體進行整體受力分析。如圖4，4個力在豎直方向上平衡，即G物 + G動 = 3F拉 + F地，得地面對貨物的支持力F地 = 400 N。該力與貨物對地面的壓力是一對相互作用力，所以F壓′ = F地 = 400 N，則壓強為p = [F壓′S] = [400 N0.1 m2] = 4000 Pa。

C. 第二次拉繩子的過程中，該滑輪組的機械效率η = [W有W總] =? [F有s有Fs] = [G物hG物+G動h] = [G物G物+G動] = [900 N900 N+100 N] = 90%。

D. 運用整體法對第二次拉繩子時的動滑輪和物體進行整體受力分析。如圖5，3個力在豎直方向上平衡，即G物 + G動 = 3F拉′，則F拉′ = [10003N]。繩子自由端移動的速度v = 3v物 = 3 × 0.09 m/s = 0.27 m/s，由P = [Wt] = [Fst] = Fv，得拉力的功率P = F′拉 v = [1000 N3×0.27 m/s] = 90 W。

答案：ABC

勤于積累

受力分析的步驟如圖6所示。

在對物體進行受力分析時，避免添力的有效手段就是尋找力的施力物體。除了要遵循以上幾步外，我們還可以借助坐標系，從物體受力方向的角度分析受力。初中物理中，通常在水平方向和豎直方向上找力：水平方向一般有拉力、推力、摩擦力；豎直向上可能存在支持力、拉力、浮力；豎直向下肯定有重力，如果用隔離法分析組合體中某一物體，還可能有豎直向下的壓力。

（作者單位：沈陽農業大學附屬中學）