对物体作受力分析时常见错误以及原因

杨仪判

力学是高中物理教学中的重点和难点，也是物理学习的重要基础.力学知识贯穿整个高中阶段的物理学习.在后面将要学习的电磁学部分也会经常用到力学知识，如带电粒子在电磁场中的运动，导体棒在磁场中的运动等.在力学教学中，最重要的一个环节当属对物体作受力分析，如共点力的平衡条件、牛顿运动定律、圆周运动、平抛运动、类平抛运动、带电粒子在电磁场中的运动等，都要求学生对物体准确地作受力分析.在实际操作过程中，学生往往感觉问题抽象，理解困难，做题常常出错.下面总结和分析学生在对物体作受力分析时的常见错误以及原因.

一、施力与受力不分，对物体作受力分析时把该物体施加给其他物体的力也分析进来

在对物体作受力分析时，首先要明确分析的对象是什么，这个分析对象受到哪些力的作用，把这些力画出来即可.有些学生把分析对象施加给其他物体的力也画了出来.

例如，一个物体静止在斜面上.请分析该物体受到哪些力的作用.有些学生认为，物体受到重力、压力、支持力、摩擦力的作用.如图1.这里把物体施加给斜面的压力也分析进来，显然是错误的.

出现这种错误的原因在于，没有明确分析对象、没有区分受力与施力、没有对每一个力都认清它的施力物体和受力物体.在该题中，我们分析的对象是斜面上的物体，这个物体受到的力有重力（地球施加给物体）、支持力（斜面施加给物体）、摩擦力（斜面施加给物体），而压力是物体施加给斜面的.这个力是斜面受到的，而不是物体受到的.出现这种错误的学生，对知识的认知比较模糊，不善于思考，满足于一知半解.

二、错误地认为物体的运动需要力来维持，在作受力分析时容易出现一个与物体运动方向相同的力，而实际上这个力并不存在

任何一个力都有施力物体和受力物体.在作受力分析时，每一个力都必须要找到这个力的施力物体，否则这个力就是不存在的.有些学生在分析受力情况时完全凭直觉，不管这个力是否存在.

例如，一次期末考试有这样的一道题目：如图2，沿光滑水平面运动的小滑块，当它冲上光滑的斜面时，受到的力有哪些？题目很简单，可是居然有的学生选了重力、支持力、上冲力这个选项.请问：这个上冲力是哪个物体施加给小滑块的呢？找不到施力物体，这个上冲力就不存在，物体能够冲上去是因为惯性而不是什么上冲力的作用.

出现这种错误的学生，分析问题仅看表面，没有深入地研究事物的本质，依然认为物体的运动需要力来维持，将惯性与力混为一谈.

三、对力的作用效果不清楚，在作受力分析时容易把某个力的分力也画进去

例如，一物体静止在斜面上，请对这个物体作受力分析（如圖3）.有些学生认为，物体受到重力、支持力、摩擦力和一个沿斜面向下的力.问其为何受到一个沿斜面向下的力.这些学生的想法是这样的：因为物体有一个沿着斜面向下滑动的趋势，那么物体肯定是受到了一个沿斜面向下的力.

出现这样的错误的原因在于，这些学生没有深入分析力的作用效果，还没有认识到合力与分力的关系.物体的确具有沿斜面向下滑动的趋势.物体为什么有沿斜面向下滑的趋势呢？原来这正是重力的一个作用效果.这些学生认为的沿斜面向下的力，其实并不是物体另外受到的力，而是重力的一个分力.

四、在作受力分析时容易把根据效果来命名的力（如向心力，回复力等）也考虑进来

向心力、回复力是根据力的作用效果来命名的.它是由某个力或某个力的分力或某些力的合力来提供，并不是物体另外受到的力.比如，圆锥摆受到的力有重力、绳子的拉力，而向心力是由重力与绳子的拉力的合力来提供的；单摆在摆动的过程中只受重力和绳子的拉力，恢复力由重力沿切线方向的分力来提供.在这类情境中对物体作受力分析时，学生容易把向心力或回复力也画进去，没有认识到效果力的来源，不能分辨效果力与性质力的区别.

五、在求合力时，不确定合力的方向，盲目作平行四边形

若已知两个共点力的大小和方向，现用力的图示把这两个力表示出来，然后用平行四边形定则就能把合力的大小和方向确定出来，这是学生掌握得比较牢固的知识.可是我们在对某个物体作受力分析时画的却是力的示意图，线条的长短是随意画的，若此时不考虑合力的方向就随意画平行四边形的话，画出来的平行四边形就会各式各样.这样，是不能准确求出合力大小的.

例如，一汽车内有一个用细线悬挂的工艺品.当汽车沿水平方向加速行驶时，发现工艺品的悬绳与竖直方向成α角.请求此时汽车的加速度.解这道题，首先要求出工艺品受到的合外力，然后利用牛顿第二定律求出加速度.合外力怎么确定呢？这里很多学生容易出问题.容易出现的错误是，在作图时不分析合力的方向就直接作平行四边形，结果是合力方向有斜向上的、有斜向下的，直接导致合外力错误.错误原因在于，没有准确把握合外力方向就盲目作平行四边形，在所画平行四边形中的那个合力方向并不是物体实际受到的合力方向.在作图时，先确定合外力方向（汽车在水平方向加速行驶，加速度方向与其运动方向一致，那么合外力方向也就与运动方向一致，所以合外力一定是水平方向），在保证合外力方向正确的情况下构建平行四边形.如图4.只有这样，才不会出错.

总之，受力分析是物理学习中的重难点，是解决物理问题的关键环节.针对学生在受力分析过程中容易出现的错误，教师在教学过程中要创设情境，提出问题，引发学生思考，培养学生分析问题、解决问题的能力，促使学生准确理解力学知识，如各种性质力的产生条件、力的作用效果、合力与分力的关系等.只有受力分析正确了，学生才能将物体的受力情况与运动情况通过牛顿第二定律对应起来，从而掌握运动学知识.