探索高中物理力的分析方法

曹紅兵

【摘要】力的分析問題是高中物理力學中最為經典且基礎的問題，解決許多力學問題的第一步就是進行力的分析.但是其過程不是簡單地將各種力表示出來就可以的，而是要根據題目中的具體情況，采取合適的方法和不同的思路來將力聚焦在某一個物體上，或者與其他力的作用抵消來達到簡化的目的.本文結合實例對力的分析的幾種方法進行解讀，探索解題策略.

【關鍵詞】力的分析；高中物理；解題

對于力的分析問題，主要有四種方法可以解決：整體法，隔離法，力的合成法，力的分解法.前兩種方法聚焦于對力的作用對象的討論，后兩種方法則是注重于力本身的研究.下面就根據幾道例題來談談這幾種方法的具體應用情境和在使用時的注意事項.

方法1 整體法

整體法顧名思義就是對各個物體所構成的系統整體進行研究.在外力的作用下，對于相互之間有聯系的多個物體進行研究，分別列式較為復雜，且方程較多，在解方程時容易出現錯誤.所以變換視角，將其看做是一個整體進行研究，消除內力影響，簡化解題過程.

例1 如圖1所示，在光滑的水平面上質量為m的物塊A和質量為M的物塊B疊放在一起，物體B與墻壁之間通過彈性系數為k的彈簧連接，物塊A和物塊B做簡諧運動，過程中兩者無相對運動，當整體離開平衡位置的位移為x時，物塊A和物塊B之間的摩擦力的大小為（）

解析 由于物體A和物體B兩者無相對運動，所以可將兩者看作一個整體.

當整體離開平衡位置的位移為x時，整體所受的合力大小即為彈簧彈力大小，F彈=kx，由此算出整體的加速度為a=kx/m+M.

而對于物體A，由于其未發生相對運動，所以加速度由靜摩擦力提供，f=ma=（m/M+m）kx.

由此選擇（B）選項.

評析 在利用整體法解題時需要考慮適用條件，如上題的適用條件是物體A和物體B兩者無相對運動就是其中之一，相當于兩者粘合在了一起.在教學中，要培養學生使用整體法的意識，讓學生學會發現題目中暗示可以使用整體法的關鍵詞.

方法2 隔離法

隔離法的原理與整體法相反，在題中各個物體相互作用，不能夠看做是一個整體進行分析時，同時兼顧多個物體只會讓思路和運算變得混亂.所以這時候就需要采取隔離法，將容易研究的兩個相互作用的物體隔離出來單獨列式，再將整體隔離成幾個小塊研究清楚后綜合各式得出結果.

例2 如圖2所示，光滑的固定斜面上放有兩相同小球P，Q，初始狀態時系統處于靜止狀態，MN是豎直擋板，現將擋板MN緩慢轉至與斜面垂直，則對于在該過程中小球P，Q之間的壓力變化情況正確的是（）

（A）一直不變. ?????? （B）先增大后減小.

（C）先減小后增大. （D）一直增大.

解析 由題意可知，小球P所受的力的個數較少，所以選擇小球P為研究對象.小球P受到G，N斜，N_Q共三個力作用，小球P處于靜止狀態的合力大小為0.即重力G在N斜，N_Q方向直線上的分力與這兩者相抵消.在轉動擋板MN的過程中，重力G不變，而N斜，N_Q也都不變，所以重力G分解的兩個力的方向也不變.

所以選擇選項（A）.

評析 隔離法的關鍵在于找到合適的隔離對象進行單獨研究.一般原則是找題目中條件聚焦的物體，易于分析的物體，再將其與其他的物體聯系起來，同時還需要學生有物理的大局觀，站在總的視角細化隔離目標.

方法3 力的合成法

力是矢量，在合成時遵循平行四邊形法則.在進行力的合成時，關鍵在于搞清楚合成哪些力，以及怎么樣計算出合成之后力的大小和方向.在教學中，要引導學生理解并掌握力的平行四邊形法則，學會合理合成力來解決問題.

例3 如圖3所示，在地面上有一個沙袋，現有一同學用斜向上的力F拉沙袋，但是沒拉動，沙袋仍處于靜止狀態，則對于拉力F和沙袋所受到的摩擦力f的合力方向為（）

（A）豎直向下. （B）豎直向上.

（C）斜向右上方. （D）斜向左上方.

解析 對物塊進行受力分析，共受到四個力的作用：重力G，拉力F，摩擦力f，支持力N.

受力分析圖如圖4所示，利用力的合成法，將F與f合成，G與N合成，G與N的合力方向豎直向下，F與f的合力方向與其相反，是豎直向上的.

所以選擇 （B）.

評析 上述利用了力的合成法，將原本的四力平衡轉化為了二力平衡，從而得到了題目中所求合力的方向.這里運用到了一個轉化的思想，并沒有直接對拉力F與摩擦力f的合力方向進行研究，而是通過求出另兩個力根據力的平衡條件得出.在平時的教學中，要貫徹轉化的思想，這樣學生的思維才能更加活躍.

結語

以上三種方法在整體上從兩個方面，在不同的視角下探尋了力的分析問題的解題思維方法.掌握整體法和隔離法能夠提高學生的物理素養.在教學實踐中，要讓學生在實驗和解題過程中對矢量的平行四邊形法則有更深的感悟，學會力的合成與分解并熟練運用.