上海高中物理-受力分析的基本方法和原则.docVIP

上海高中物理——受力分析的基本方法和原则 江苏省靖江市季市中学　范晓波 　　对物体进行受力分析这看似微不足道的一步，其实是处理力学问题乃至所有涉及力和运动的综合问题中至关重要的一步，能否正确分析出研究物体的受力，将直接影响到后续解题过程的展开以及最终结果的正确性。那么，怎样才能走好这第一步呢？ 　　一、受力分析的一般步骤 　　先来回顾一下各种常见力的特点。 　　重力：由于地球的吸引而使物体受到的作用力。地球表面附近的一切物体都要受到重力的作用。因此，只要研究的对象是实际物体，重力就肯定存在。 　　弹力：相互接触的物体间才会产生弹力，但接触不一定有弹力，只有当接触处存在弹性形变时，弹力才会出现。 　　摩擦力：弹力存在是摩擦力存在的前提，因此摩擦力的分析应该放在弹力之后。两个相互挤压的物体间若有相对滑动，则它们之间会出现滑动摩擦力；两个相互挤压的物体间若有相对滑动的趋势，则它们间会出现静摩擦力。 　　如果研究的物体处在更为复杂的环境中，如周围有某种液（气）体、电场或者磁场，那么还要分析物体是否受到浮力、阻力、电场力或磁场力等的作用。 　　综上所述，可以将受力分析的一般步骤归纳为： 重力肯定有； 弹力看四周，形变就存在，不形变则没有； 分析摩擦力，看看运动否？趋势也可以； 复杂环境中，不忘电磁浮。 　　但要注意，这几句话中的“形变”指“弹性形变”，“运动”指“相对运动”。为了方便记忆，甚至可以将上述几句话进一步精简为二十字的口诀： 重力肯定有， 弹力看四周， 分析摩擦力， 不忘电磁浮。 　　二、受力分析的基本原则 　　初步分析之后，如果能对照受力分析的基本原则换个角度检查一下分析结果的正确性，这样才能做到万无一失。两个基本原则依次为：（1）每个力都必须有施力物体；（2）受力情况必须和物体的运动状态相吻合。 　　例：有人认为“物体以某一初速冲上光滑的斜面后，物体在上滑过程中受到沿斜面向上的冲力作用，在下滑过程中受到沿斜面向下的下滑力作用。” 　　解：物体在全过程中只受到重力和斜面对它的支持力两个力的作用，在上滑过程中物体并没有受到沿斜面向上的冲力作用，之所以能冲上斜面，是因为具有初速度，不要把物体的这种惯性表现当作一个力；在下滑过程中物体也没有受到沿斜面向下的下滑力的作用，之所以下滑，是因为重力产生了一个使物体向下滑动的效果。这里多分析出来的“冲力”和“下滑力”都可以用第一原则来进行检验，显然，它们都没有施力物体，因此不存在。 　　例：物体A放在水平传送带上，且A与传送带保持相对静止，如图所示，若传送带向右匀速运动，试分析A的受力。 　　解：A物体仅受两个力作用：重力和传送带对A产生的弹力。 　　需要特别注意的是传送带对A物体并没有静摩擦力，这一点可以借助受力分析的第二原则来进行检查。假如认为传送带对A物体有静摩擦力，那么，A物体共受三个外力作用，其中重力、弹力在竖直方向，而静摩擦力在水平方向，三者不可能相互平衡。可是实际上A物体和传送带一起匀速运动，受力必须平衡。初步分析的结果与实际运动状态发生了矛盾，矛盾产生的原因就是静摩擦力其实并不存在。 　　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 　　顾名思义，将单个物体从周围环境中“隔离”出来进行受力分析的方法。 　　例：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：既然要求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，整个处理过程会简单一些。 　　解：隔离A木块分析，按照受力分析的口诀： 　　（1）重力肯定有； 　　（2）弹力看四周──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； 　　（3）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； 　　（4）不忘电磁浮──此处空气产生的浮力忽略不计，电磁力也不存在。 　　隔离B木块分析，按照受力分析的口诀： 　　（1）重力肯定有； 　　（2）弹力看四周──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； 　　（3）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； 　　（4）不忘电磁浮──理由与结果同A。