关于物体的受力分析

朱发明

摘 要：高中生学习物理的困难主要是不能正确进行受力分析。从几个不同方面较详细地介绍了受力分析的具体方法及注意事项，对提高学生受力分析的能力，开阔学生思路都是有裨益的。

关键词：学习习惯;研究对象;运动状态;隔离法;整体法

物体的受力分析是高中物理教学中重要而基本的内容。不仅是解决力学问题的基础，也是分析和解决其他物理问题，学好高中物理的一項非常重要的基本功。本文结合平时教学的点滴收获，谈谈如何进一步提高学生受力分析的能力。

一、要养成良好的学习习惯

许多学生都非常重视自己受力分析能力的训练和提高，但又觉得能力的培养和提高十分抽象，不知从何处下手。其实，养成良好的习惯是首要的一步。

1.从最简单的问题开始

例1.如下图，物体A、B用轻绳相连，置于有摩擦的水平地面上，在水平力F的作用下向右运动。

（1）物体A受到几个力的作用？这些作用是什么物体施加的？方向如何？画出其受力示意图。

（2）这些力属于什么性质？

（3）这些力的反作用力分别作用在哪些物体上？方向如何？

分析：这是一道非常基本的受力分析问题。将物体A隔离出来，把周围其他物体对A的作用力用简单的示意图动手画出来，并用相应的符号代表各个力，就可以从图上直观地看出各个力的反作用力，使有关各力的施力物体、受力物体一目了然。能正确画出物体受力的示意图，并能对题目所涉及的问题分析得一清二楚，表述得毫不含糊，不仅是一种重要的能力，更是一种良好的学习习惯。许多学生往往认为简单的问题，无须画受力示意图。由于懒于动手，致使习惯未养成，从而遇到较复杂一点的问题，想画又不会画，使得能力的提高成为一句空话。相反，应当重视对一些力所能及的基本问题的认真分析，因为这样的问题有助于我们养成独立思考和仔细分析的良好习惯，更有助于培养自己学习物理的兴趣，树立自信心，变被动学习为主动学习。而且通过自己的独立思考、分析和钻研，才能达到举一反三、融会贯通，形成正确的认知结构。因此，简单问题正是锻炼和提高受力分析能力的基础。

2.准确理解力的定义

首先要深思熟虑“力是物体间的相互作用”这一力的定义，明确每一个力都必须有其受力物体和施力物体，避免发生凭空臆造的错误。其次，在高中物理中这种相互作用按性质划分包括：万有引力、电场力、磁场力、分子力、核力、弹力、摩擦力等。其中弹力、摩擦力是以相互接触为前提的，其余各力都是通过相应的场发生的相互作用。由于对力分类的方法不同，同一个力可能会有不同的名称。若按效果分有压力、支持力、动力、阻力、牵引力、合力、分力、回复力、向心力……有时还可能根据这个力在研究对象组成系统中的地位被称为“内力、外力”等，但只要我们牢牢把握受力分析就是分析某个待研究的物体在特定的物理情景中实际所受到的各种不同性质的外力，就不会发生重复、累积的错误。

3.按一定的顺序受力分析

养成按一定的顺序受力分析的习惯，往往可以避免发生“丢三落四”之类的错误。一般应按先易后难的顺序进行，即先考虑重力或各种场力，然后考虑题目给定的力，因为这些力总是很容易判断的。最后在研究对象与周围物体的接触处找弹力、摩擦力等较难判断的接触力。

二、巧选研究对象

明确了受力分析的对象，就不会发生将待研究的物体施加给周围其他物体的作用力也考虑进去的这种张冠李戴的错误。对象选合适，将对问题的解决产生事半功倍的效果。一般而言，应以下两个方面综合起来考虑，即题目的需要和解题的方便。

1.灵活转换研究对象

因为物体间的相互作用服从牛顿第三定律，据此灵活转换研究对象是受力分析中经常采用的方法。比如，水平面上静止一个质量为m的物体，求水平面所受的压力。在这里若仅从题目的需要出发直接以水平面为研究对象，则这样一个最基本的问题也无法求解。但若转换研究对象，先分析物体m的受力情况，再结合物体的平衡条件及牛顿第三定律即可有理有据地得出水平面所受压力大小等于物体重力的大小，方向竖直向下。

2.灵活选择隔离法和整体法

三、紧扣物体的运动状态

物体的受力情况决定着物体的运动情况，反过来物体的运动情况制约着物体的受力分析。脱离物体的运动情况，谈物体的受力分析是毫无意义的。将重力或其他场力及题目给定的力先考虑，而将接触面处的弹力、摩擦力特别是静摩擦力等放在最后分析，正是基于将已知的受力情况和已知的运动情况结合起来，依靠相应的力学知识进行综合分析、推理、判断的思路，这正是受力分析的精髓。

例4.如下图，在倾角为θ的斜面上，质量为m物体在水平力F的作用下处于静止状态，试分析该物体的受力情况。

解析：已知物体受重力mg，给定水平力F，斜面支持力N的作用，这里主要是静摩擦力的分析。

方法一：发散思维

①当mg、F、N三力恰好平衡时，即Fcosθ=mgsinθ，m不受摩擦力;

②当mg、F、N三者合力沿斜面向上时，即Fcosθ>mgsinθ，m受沿斜面向下的静摩擦力f，且f=Fcosθ-mgsinθ;

③当mg、F、N三者合力沿斜面向下时，即Fcosθ

方法二：收敛思维

选取沿斜面向上为正方向，假设m所受静摩擦力为f，由平衡条件得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，大小为f=mgsinθ-Fcosθ;若mgsinθ-Fcosθ<0，f沿斜面向下，大小为f=Fcosθ-mgsinθ。即在F逐渐增加的过程中，静摩擦力f先沿斜面向上逐渐减少到零，然后沿斜面向下逐渐增大。而由N=mgcosθ+Fsinθ知，在m保持静止的前提下支持力N随F的增大单调递增。

要特别指出的是受力分析这一“基本功”不是某些具体的知识，不能将它简单的“知识化”了，认为掌握了以上几条具体的内容后，受力分析的能力就会得到提高。实际上这需要一个长期的过程，是随着物理知识的不断积累掌握而逐步提高的，不可有急于求成的思想。关键是在平时学习中要乐于独立思考，刻苦钻研，悉心领悟，不断反思，及时总结，现行教材正是贯彻循序渐进的原则，对此未单独列节，而是分步地提高要求的。