探索高中物理力的分析方法

曹红兵

【摘要】力的分析问题是高中物理力学中最为经典且基础的问题，解决许多力学问题的第一步就是进行力的分析.但是其过程不是简单地将各种力表示出来就可以的，而是要根据题目中的具体情况，采取合适的方法和不同的思路来将力聚焦在某一个物体上，或者与其他力的作用抵消来达到简化的目的.本文结合实例对力的分析的几种方法进行解读，探索解题策略.

【关键词】力的分析；高中物理；解题

对于力的分析问题，主要有四种方法可以解决：整体法，隔离法，力的合成法，力的分解法.前两种方法聚焦于对力的作用对象的讨论，后两种方法则是注重于力本身的研究.下面就根据几道例题来谈谈这几种方法的具体应用情境和在使用时的注意事项.

方法1 整体法

整体法顾名思义就是对各个物体所构成的系统整体进行研究.在外力的作用下，对于相互之间有联系的多个物体进行研究，分别列式较为复杂，且方程较多，在解方程时容易出现错误.所以变换视角，将其看做是一个整体进行研究，消除内力影响，简化解题过程.

例1 如图1所示，在光滑的水平面上质量为m的物块A和质量为M的物块B叠放在一起，物体B与墙壁之间通过弹性系数为k的弹簧连接，物块A和物块B做简谐运动，过程中两者无相对运动，当整体离开平衡位置的位移为x时，物块A和物块B之间的摩擦力的大小为（）

解析 由于物体A和物体B两者无相对运动，所以可将两者看作一个整体.

当整体离开平衡位置的位移为x时，整体所受的合力大小即为弹簧弹力大小，F弹=kx，由此算出整体的加速度为a=kx/m+M.

而对于物体A，由于其未发生相对运动，所以加速度由静摩擦力提供，f=ma=（m/M+m）kx.

由此选择（B）选项.

评析 在利用整体法解题时需要考虑适用条件，如上题的适用条件是物体A和物体B两者无相对运动就是其中之一，相当于两者粘合在了一起.在教学中，要培养学生使用整体法的意识，让学生学会发现题目中暗示可以使用整体法的关键词.

方法2 隔离法

隔离法的原理与整体法相反，在题中各个物体相互作用，不能够看做是一个整体进行分析时，同时兼顾多个物体只会让思路和运算变得混乱.所以这时候就需要采取隔离法，将容易研究的两个相互作用的物体隔离出来单独列式，再将整体隔离成几个小块研究清楚后综合各式得出结果.

例2 如图2所示，光滑的固定斜面上放有两相同小球P，Q，初始状态时系统处于静止状态，MN是竖直挡板，现将挡板MN缓慢转至与斜面垂直，则对于在该过程中小球P，Q之间的压力变化情况正确的是（）

（A）一直不变.        （B）先增大后减小.

（C）先减小后增大. （D）一直增大.

解析 由题意可知，小球P所受的力的个数较少，所以选择小球P为研究对象.小球P受到G，N斜，N_Q共三个力作用，小球P处于静止状态的合力大小为0.即重力G在N斜，N_Q方向直线上的分力与这两者相抵消.在转动挡板MN的过程中，重力G不变，而N斜，N_Q也都不变，所以重力G分解的两个力的方向也不变.

所以选择选项（A）.

评析 隔离法的关键在于找到合适的隔离对象进行单独研究.一般原则是找题目中条件聚焦的物体，易于分析的物体，再将其与其他的物体联系起来，同时还需要学生有物理的大局观，站在总的视角细化隔离目标.

方法3 力的合成法

力是矢量，在合成时遵循平行四边形法则.在进行力的合成时，关键在于搞清楚合成哪些力，以及怎么样计算出合成之后力的大小和方向.在教学中，要引导学生理解并掌握力的平行四边形法则，学会合理合成力来解决问题.

例3 如图3所示，在地面上有一个沙袋，现有一同学用斜向上的力F拉沙袋，但是没拉动，沙袋仍处于静止状态，则对于拉力F和沙袋所受到的摩擦力f的合力方向为（）

（A）竖直向下. （B）竖直向上.

（C）斜向右上方. （D）斜向左上方.

解析 對物块进行受力分析，共受到四个力的作用：重力G，拉力F，摩擦力f，支持力N.

受力分析图如图4所示，利用力的合成法，将F与f合成，G与N合成，G与N的合力方向竖直向下，F与f的合力方向与其相反，是竖直向上的.

所以选择 （B）.

评析 上述利用了力的合成法，将原本的四力平衡转化为了二力平衡，从而得到了题目中所求合力的方向.这里运用到了一个转化的思想，并没有直接对拉力F与摩擦力f的合力方向进行研究，而是通过求出另两个力根据力的平衡条件得出.在平时的教学中，要贯彻转化的思想，这样学生的思维才能更加活跃.

结语

以上三种方法在整体上从两个方面，在不同的视角下探寻了力的分析问题的解题思维方法.掌握整体法和隔离法能够提高学生的物理素养.在教学实践中，要让学生在实验和解题过程中对矢量的平行四边形法则有更深的感悟，学会力的合成与分解并熟练运用.