邝力元
【摘要】在高中物理中,力学占据着很重要的地位,要想全面学习好高中物理,学好力学是关键,而要学习好力学,关键就是对物体的受力情况进行准确的分析。
【关键词】高中物理;受力分析;整体法;隔离法
分析物体的受力情况,确定物体的运动状态,从而找出物体在各种情况下满足的关系式,是整个高中物理解决问题的一个重要思想方法。
一、受力分析的概念及在物理学中的地位
高中物理中“受力分析”是将研究对象看作为独立的物体,将它从周围的物体中隔离出来,根据力产生的条件,按照一定的顺序,分析它所受到的外界的作用力。并画出力的示意图的过程。“受力分析”贯穿整个高中物理教学内容。力学、电磁学、热学等都涉及到受力分析,所以受力分析的地位及重要性不言而喻。
二、受力分析的基本步骤
(一)明确研究对象
在进行受力分析时,研究对象可以是质点、结点、单个物体,也可以是保持相对静止的若干个物体(整体)。灵活地选取研究对象可以使比较复杂的问题简单地得到解决。
(二)受力分析的顺序
先分析场力(重力、电场力或安培力等),再分析主动力(如已知拉力),然后是弹力(支持力或压力),最后是摩擦力。“重力一定有,弹力看四周,摩擦分动静,方向要判准”。弹力和摩擦力都是接触力,先看研究对象与其他物体有几个接触面(点),每个接触面对研究对象可能有两个接触力,应根据弹力和摩擦力的产生条件逐一分析。
(三)注意事项
1.只分析根据性质命名的力,如重力、弹力、摩擦力,不分析根据效果命名的力,如下滑力、动力、阻力、向心力等。
2.只分析研究对象受到的力,不分析研究对象对其他物体所施的力。也不要把作用在其他物体上的力,错误地认为通过“力的传递”而作用在研究对象上。
3.避免“多力”,每分析一个力,都应能找出施力物体,找不出施力物体的力是不存在的。
4.分析物体受力时,还要考虑物体所处的状态,物体所处的状态不同,其受力情况一般也不同。
三、受力分析的常用方法
根据涉及的物体个数和解题需要,常用的受力分析方法可分为两种:
(一)隔离法
隔离法就是把要分析的物体从相关的物体体系中隔离出来,作为研究对象,只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力,不考虑研究对象对其他物体的作用力。它的优点是:容易看清单个物体的受力情况,问题处理起来比较方便、简单,便于理解。在分析系统内各物体(或一个物体的各个部分)间的相互作用时用隔离法。
例1:如图所示,A、B、C三木块叠放在水平桌面上,对B木块施加一个水平向右恒力F,三木块共同向右匀速运动,三木块的重力都是G,分别画出三木块受力示意图。
分析:要对三木块进行受力分析,隔离法是唯一的选择。但隔离顺序的选择要讲究一点技巧,通常按照受力个数从小到大的次序进行,“重力肯定有,弹力看四周”,整个处理过程会简单一些。
解:隔离A木块分析,周围只有木块B和A接触,接触处也有弹性形变,因此B对A有向上的弹力;分析摩擦力,结合受力分析的第二原则可知,A、B间不可能有静摩擦力存在,否则A不可能向右匀速运动。
隔离B木块分析,周围除了拉力F的施力物体与B接触外,还有木块A、C分别与B接触,且接触处均有弹性形变,因此A对B有向下的弹力,C对B有向上的弹力;分析摩擦力,根据牛顿第三定律,A对B没有静摩擦力,但B相对于C有向右滑动的趋势,所以C对B产生水平向左的静摩擦力。
隔离C木块分析,木块B、地面分别与C接触,接触处均存在弹性形变,因此B对C有向下的弹力,地面对B有向上的弹力;分析摩擦力,根据牛顿第三定律,B对C有水平向右的静摩擦力,而C相对于地面有向右滑动的趋势,所以地面对C产生水平向左的静摩擦力。
(二)整体法
整体法是从局部到全局的思维过程,是系统论中的整体原理在力学中的应用。它的优点是:能从整体上揭示事物的本质和变化规律,从而避开了中间环节的繁琐推算,能够灵活地解决问题。通常在分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(外力),不考虑整体内部之间的相互作用力(内力)时,用整体法。
例2:如图所示,A、B两个长方形物体静止地叠放在倾角为α的斜面体上,斜面也处于静止状态,设A、B的重力大小分别为GA、GB,试斜面对B产生的摩擦力。
分析:按照常规思维,要想求斜面对B的摩擦力,必须先搞清A对B的压力和静摩擦力,这又需要先去分析A的受力,因此求解过程分两步才能完成。但是换个角度看,既然A、B两个物体运动状态完全相同,何不将它们看成一个整体的两个部分?任一部分和其它物体间的相互作用力,都可以看成整体和其它物体间的相互作用力,反之亦然。这就是整体法处理问题的基本原理。
解:将A、B组成一个整体,整体受力如图。
斜面对整体产生的摩擦力属静摩擦力,不能使用Ff=μFN計算,此题只能利用平衡条件求解。将整体的重力按效果进行分解。
沿斜面方向Ff与(GA+GB)sinα相互平衡,所以Ff=(GA+GB)sinα方向沿斜面向上。
总之,高中物理学习的过程中,受力分析在各个环节中普遍的使用,具有重要的现实作用和意义,是学生学好高中物理的钥匙!
参考文献:
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