论文部分内容阅读
摘要：受力分析就是明确受力对象后，把它从周围物体中隔离出来，按照一定的规律顺序先后画出所受的力，先分析场力和弹力，再分析摩擦力的过程。受力分析是物理力学的基础，归纳受力分析的方法能帮助学生快速入门，准确理解相关知识。
关键词：画受力;摩擦力;场力;弹力
中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）17-101
在高中物理的学习中，能否进行正确的受力分析是解决物理力学问题的关键。如何对物体进行快速准确的受力分析呢？在分析过程中要注意什么问题呢？老师在教授受力分析时应注意什么呢？下面，笔者针对这些问题进行归纳，希望对老师和同学们有所帮助。
笔者认为，对于物体的受力分析应分成两步：第一步，正确画出物体的受力;第二步，应用合成或分解等方法分析物体的受力。
一、画受力的步驟
1.确定研究对象
首先要明确物体在某个过程中的运动情况，过程不同，物体的运动情况可能不同，运动情况不同，受力就可能不同。如果研究对象是静止或做匀速直线运动（或者是在某一方向上是静止或做匀速直线运动），则它的受力（或在某个方向上的受力）应该是平衡的;如果研究对象在某一方向做匀变速运动，则物体在该方向上所受的合力与加速度方向相同;如果物体做圆周运动，一般来说物体所受合力应指向圆心，高中阶段主要考查指向圆心方向的合力（在竖直方向上主要是最高点和最低点），其他方向不用考查。
2.具体分析研究对象的受力情况
分析物体受力需按固定顺序进行，即严格按照已知力、场力、弹力、摩擦力的顺序依次分析。这与我们学习力的顺序几乎相同，对每一种力的理解直接影响正确地画力。
（1）先画已知力。已知力是题目中已经交代方向的力。比如：题目中有“用与水平方向成30°的力拉物体”，或“物体受到水平方向的风力”，或“将物体放在水中”等字样。
（2）二画场力（引力场、电场、磁场）。只要没有交代物体不在地球上，一个物体或整体（系统）只画一个重力，方向总是竖直向下，电场力、磁场力根据各种场的特点判断。
（3）三画弹力。一般包括①绳子的拉力（或弹簧的弹力），如果没有绳子（或弹簧）就不用画，方向：沿着绳子的方向（或弹簧的方向，注意弹簧是拉伸还是压缩的，两者方向不同）;②上面物体的压力，如果没有覆盖物则没有压力，方向：垂直于接触面（无论是施力物还是受力物，找出面就行）;③支持力，就是下方支撑面提供的力，如果下方没有支撑面也就没有了支持力，方向也是垂直于接触面;无论是压力还是支持力，抓住一个原则，方向一定是垂直于接触面。
（4）四画摩擦力。题目中接触面不光滑或已经提供了动摩擦因数，有相对运动或相对运动的趋势，根据平衡的特点或牛顿第二定律判断有无摩擦力。注意，弹力和摩擦力的个数总是小于或等于接触面的个数，且一个接触面对受力物的弹力或摩擦力至多只有一个。
例1：水平面上的平行轨道OPMN，宽度为d，OP端接电源，电动势为E（内阻不计）。一根质量为m、电阻为R的金属棒ab放在轨道上，现加一个大范围的匀强磁场B，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，当金属棒静止时，分析其受到的支持力和摩擦力各为多大？
按顺序画受力：没有已知力、有重力G、安培力F（磁场力：电流方向由a流向b，利用安培力的判断方法画出F）、支持力N、摩擦力f。
二、分析物体受力的方法
对物体画受力的最终目的是要得出力与力之间的关系，在对物体正确画力后，就需要运用平行四边形定则、三角形定则、正交分解等方法进行力的合成和分解，从而列出它们之间的关系方程（牛顿第二定律方程）。其中，正方向一般以初速度或加速度为准，因学生学习的所有力的公式都是标量公式（如：G=mg，f=μFN，F=qE等），而牛二方程却是矢量方程，这就需要在求合力时，先附上正负，将其变成矢量再求和（如：与正方向相反的力前面加“-”号）。
例2：质量为3kg的长木板放在光滑的水平面上静止。现在用大小为11N的水平拉力F让它由静止开始向右运动。如图所示，当它的速度达到1m/s时，把一个质量为4kg的物块轻轻放在木板的右端。已知物块与木板之间的动摩擦因数为02，物块可视为质点。求（取g=10m/s2）物块刚放到木板上时，物块和木板的加速度分别有多大？
分析：这里有两个物体，受力分析需明确对象。
对m受力：没有已知力作用在m上（不用画）、重力（竖直向下）、支持力（竖直向上）、摩擦力如图。
竖直方向：N1-mg=0，即N1=mg，竖直向上为正。
水平方向：只受摩擦力且为滑动摩擦力f=μN1=μmg=8N=ma1。
所以m的加速度为a1=2m/s2，水平向右为正。
对M受力：已知力、重力、压力、支持力、摩擦力（根据牛顿第三定律等于m受到的摩擦力f）如图。
竖直方向：N2-F压-G2=0，
水平方向：F-f=Ma2，
得出a2=1m/s2。
三、受力分析过程中需要注意以下几点
1.受力分析是研究对象（即受力物体或整体）所受到的力，不是研究对象作用于周围物体的力，两者不能混淆;
2.在研究整体（系统）的受力时，整体（系统）内两物体间的作用力属于内部力，不用分析，只分析周围物体对整体（系统）的外部力;
3.要防止“多力”，指不出施力物体的则这个力不存在，如刹车后物体由于惯性继续向前前进的“冲力”、做圆周运动的物体所受的向心力;
4.受力分析时要判断一个力是否存在，可以使用假设法。例如，对静止A的受力分析时，要判断A是否受到B的摩擦力，可以先假设存在这个摩擦力，无论方向向左还是向右，根据物体的状态分析可知物体受力应该是平衡的，可是无法找出与摩擦力平衡的力，所以假设不成立。
再比如：对下图的木棒进行受力分析，木棒是否受摩擦力，摩擦力的方向如何，先受力，有重力、拉力，没有压力、支持力，假设地面光滑，没有摩擦力，根据静止时物体受力平衡，拉力有向右的效果无法抵消，所以假设不成立，有摩擦力且向左，以抵消拉力向右的效果。
5.所画的力的示意图（长短）能大致反映力的大小关系，并标出力的符号以便进行直观判断。
6.接触力产生的条件就是要有接触，不能隔山打牛，不要以为作用在其周围物体上的力能直接传递到研究对象上，甚至还认为大小相同。
7.连续分析多个物体受力时，注意两个物体间的相互作用力。第一个物体如果受到第二个物体的作用力，根据牛顿第三定律，第二个物体也必然受到第一个物体对它的反作用力，大小相等，方向相反。
综上所述，灵活地选择研究对象，正确地按顺序画出受力，不多力、少力，再利用平衡条件的合适形式建立角和力之间的关系，这就是正确的受力分析。本文归纳的受力分析的方法能让学生快速入门，结合知识点的学习更有效地形成解决物理问题的基本思路和能力。
（作者单位：南京市秦淮中学，江苏 南京210000）
关键词：画受力;摩擦力;场力;弹力
中图分类号：G633.7文献标识码：A文章编号：1992-7711（2021）17-101
在高中物理的学习中，能否进行正确的受力分析是解决物理力学问题的关键。如何对物体进行快速准确的受力分析呢？在分析过程中要注意什么问题呢？老师在教授受力分析时应注意什么呢？下面，笔者针对这些问题进行归纳，希望对老师和同学们有所帮助。
笔者认为，对于物体的受力分析应分成两步：第一步，正确画出物体的受力;第二步，应用合成或分解等方法分析物体的受力。
一、画受力的步驟
1.确定研究对象
首先要明确物体在某个过程中的运动情况，过程不同，物体的运动情况可能不同，运动情况不同，受力就可能不同。如果研究对象是静止或做匀速直线运动（或者是在某一方向上是静止或做匀速直线运动），则它的受力（或在某个方向上的受力）应该是平衡的;如果研究对象在某一方向做匀变速运动，则物体在该方向上所受的合力与加速度方向相同;如果物体做圆周运动，一般来说物体所受合力应指向圆心，高中阶段主要考查指向圆心方向的合力（在竖直方向上主要是最高点和最低点），其他方向不用考查。
2.具体分析研究对象的受力情况
分析物体受力需按固定顺序进行，即严格按照已知力、场力、弹力、摩擦力的顺序依次分析。这与我们学习力的顺序几乎相同，对每一种力的理解直接影响正确地画力。
（1）先画已知力。已知力是题目中已经交代方向的力。比如：题目中有“用与水平方向成30°的力拉物体”，或“物体受到水平方向的风力”，或“将物体放在水中”等字样。
（2）二画场力（引力场、电场、磁场）。只要没有交代物体不在地球上，一个物体或整体（系统）只画一个重力，方向总是竖直向下，电场力、磁场力根据各种场的特点判断。
（3）三画弹力。一般包括①绳子的拉力（或弹簧的弹力），如果没有绳子（或弹簧）就不用画，方向：沿着绳子的方向（或弹簧的方向，注意弹簧是拉伸还是压缩的，两者方向不同）;②上面物体的压力，如果没有覆盖物则没有压力，方向：垂直于接触面（无论是施力物还是受力物，找出面就行）;③支持力，就是下方支撑面提供的力，如果下方没有支撑面也就没有了支持力，方向也是垂直于接触面;无论是压力还是支持力，抓住一个原则，方向一定是垂直于接触面。
（4）四画摩擦力。题目中接触面不光滑或已经提供了动摩擦因数，有相对运动或相对运动的趋势，根据平衡的特点或牛顿第二定律判断有无摩擦力。注意，弹力和摩擦力的个数总是小于或等于接触面的个数，且一个接触面对受力物的弹力或摩擦力至多只有一个。
例1：水平面上的平行轨道OPMN，宽度为d，OP端接电源，电动势为E（内阻不计）。一根质量为m、电阻为R的金属棒ab放在轨道上，现加一个大范围的匀强磁场B，方向与水平面夹角为θ且指向右斜上方，当金属棒静止时，分析其受到的支持力和摩擦力各为多大？
按顺序画受力：没有已知力、有重力G、安培力F（磁场力：电流方向由a流向b，利用安培力的判断方法画出F）、支持力N、摩擦力f。
二、分析物体受力的方法
对物体画受力的最终目的是要得出力与力之间的关系，在对物体正确画力后，就需要运用平行四边形定则、三角形定则、正交分解等方法进行力的合成和分解，从而列出它们之间的关系方程（牛顿第二定律方程）。其中，正方向一般以初速度或加速度为准，因学生学习的所有力的公式都是标量公式（如：G=mg，f=μFN，F=qE等），而牛二方程却是矢量方程，这就需要在求合力时，先附上正负，将其变成矢量再求和（如：与正方向相反的力前面加“-”号）。
例2：质量为3kg的长木板放在光滑的水平面上静止。现在用大小为11N的水平拉力F让它由静止开始向右运动。如图所示，当它的速度达到1m/s时，把一个质量为4kg的物块轻轻放在木板的右端。已知物块与木板之间的动摩擦因数为02，物块可视为质点。求（取g=10m/s2）物块刚放到木板上时，物块和木板的加速度分别有多大？
分析：这里有两个物体，受力分析需明确对象。
对m受力：没有已知力作用在m上（不用画）、重力（竖直向下）、支持力（竖直向上）、摩擦力如图。
竖直方向：N1-mg=0，即N1=mg，竖直向上为正。
水平方向：只受摩擦力且为滑动摩擦力f=μN1=μmg=8N=ma1。
所以m的加速度为a1=2m/s2，水平向右为正。
对M受力：已知力、重力、压力、支持力、摩擦力（根据牛顿第三定律等于m受到的摩擦力f）如图。
竖直方向：N2-F压-G2=0，
水平方向：F-f=Ma2，
得出a2=1m/s2。
三、受力分析过程中需要注意以下几点
1.受力分析是研究对象（即受力物体或整体）所受到的力，不是研究对象作用于周围物体的力，两者不能混淆;
2.在研究整体（系统）的受力时，整体（系统）内两物体间的作用力属于内部力，不用分析，只分析周围物体对整体（系统）的外部力;
3.要防止“多力”，指不出施力物体的则这个力不存在，如刹车后物体由于惯性继续向前前进的“冲力”、做圆周运动的物体所受的向心力;
4.受力分析时要判断一个力是否存在，可以使用假设法。例如，对静止A的受力分析时，要判断A是否受到B的摩擦力，可以先假设存在这个摩擦力，无论方向向左还是向右，根据物体的状态分析可知物体受力应该是平衡的，可是无法找出与摩擦力平衡的力，所以假设不成立。
再比如：对下图的木棒进行受力分析，木棒是否受摩擦力，摩擦力的方向如何，先受力，有重力、拉力，没有压力、支持力，假设地面光滑，没有摩擦力，根据静止时物体受力平衡，拉力有向右的效果无法抵消，所以假设不成立，有摩擦力且向左，以抵消拉力向右的效果。
5.所画的力的示意图（长短）能大致反映力的大小关系，并标出力的符号以便进行直观判断。
6.接触力产生的条件就是要有接触，不能隔山打牛，不要以为作用在其周围物体上的力能直接传递到研究对象上，甚至还认为大小相同。
7.连续分析多个物体受力时，注意两个物体间的相互作用力。第一个物体如果受到第二个物体的作用力，根据牛顿第三定律，第二个物体也必然受到第一个物体对它的反作用力，大小相等，方向相反。
综上所述，灵活地选择研究对象，正确地按顺序画出受力，不多力、少力，再利用平衡条件的合适形式建立角和力之间的关系，这就是正确的受力分析。本文归纳的受力分析的方法能让学生快速入门，结合知识点的学习更有效地形成解决物理问题的基本思路和能力。
（作者单位：南京市秦淮中学，江苏 南京210000）