提高“受力分析”分析能力概述

1、提高“受力分析”分析能力隆阳区第一中学 周爱民提高“受力分析”分析能力隆阳区第一中学 周爱民【摘要】 物理是研究物体运动的科学，从力学到电磁学，一切物体都在做或直线或曲线、或匀速或变速的运动，运动不同是因为受力不同，所以，能对物体进行正确的受力分析是学好力学乃至整个物理学的关键。这次的课题研究从老师的教学素养和学生的认知需求方面进行，了解学生的学习难点，适时改变教学方法，克服心理障碍，提高教学能力和学习能力。【关键词】 重力 弹力 摩擦力 整体法 隔离法 力的示意图 受力分析在现行的高中物理教材中，虽然没有专门一个章节讲述受力分析的问题，但它的思想和应用却贯穿在整个高中阶段。从力学到电磁学，从

2、宏观物体到微观粒子只要与运动有关的问题都要涉及受力分析，高考题中与受力分析有关的问题大约占35分左右。我校的学生多数来自山区，相对而言，逻辑思维能力较低，学习能力也不高，物理是我校的弱势科目。通过这次微课题研究，笔者归纳了教学中学生常犯错误，进一步归纳提高分析能力的做法：一、分不清弹力、摩擦力的方向导致错误2013年9月，我带的高151班进入高三的一轮复习，在复习相互作用这一专题时，遇到了这样的情况：例1、如图所示，两球A、B用劲度系数为K1的轻弹簧相连，球B用长为l的轻绳悬于O点，球A固定在O点正下方，且OA之间的距离恰为l，系统平衡时绳子所受拉力为F1。现把A、B间的弹簧换成劲度系数为K2

3、的轻弹簧，仍使系统平衡，此时绳子所受的拉力为F2，则F1与F2的大小之间的关系为AF1F2 B.F1=F2 C.F1F2 D.无法确定分析B球的受力情况，B球受重力、弹簧的弹力和绳的拉力，做这些力的矢量图，OAB与BDE相似，由于OAOB，则绳的拉力等于B球的重力，所以F1F2mg.选B.这个题讲完后，紧接着让学生自主完成这道题：例2.如图所示，水平固定且倾角为30的光滑斜面上有两个质量均为m的小球A、B，它们用劲度系数为k的轻质弹簧连接，现对B施加一水平向左的推力F使A、B均静止在斜面上，此时弹簧的长度为l，则弹簧原长和推力F的大小分别为()Al，mg Bl，mgFNmgTCl，2mg Dl

4、，2mg巡视一遍教室后发现不少学生居然会不加任何分析思考，照搬上题中向外的弹力T，导致错误发生。例3.如图所示，一传送带AB段的倾角为370，BC段弯曲成圆弧形，CD段水平，AB之间的距离为12.8m，BC段长度可忽略，传送带始终以v=4m/s的速度逆时针方向运行。现将一质量m=1kg的工件无初速度放到A端，若工件与传送带间的动摩擦因素=0.5，在BC段运动时，工件速率保持不变，工件到达D点时速度刚好减小到与传送带相同。取g=10m/s,，,求：（1） 工件从A到D所需时间.（2） 工件从A到D的过程中，与传送之间因摩擦产生的热量。高三274名学生，只有7、8个同学能正确分析出物体无初速度放到

5、AmgFNFmgFNF在此处键入公式。点的运动初期受到的摩擦力是沿斜面向下的，是+mg=ma1的加速运动,然后是mg-mg=ma2的加速运动到斜面底端。其他学生要么没做，做了的基本上是这样：物体先以mg-mg=ma向下加速，达到传送带速度后，与传送带保持相对静止一起运动到底端，把物体在水平传送带的运动模式又照搬过来，导致错误发生。传送带静止时物块的受力分析不会出错，一但传送带有了速度，学生就认为传送带有向前的速度，物体会向前加速，传送带有向后的速度，物体就会被传送带带回来，完全无视运动由受力决定，受力由产生条件定的原则。摩擦力的产生条件中最重要的一条就是物体间有“相对运动”或“相对运动趋势”，

6、摩擦力的方向是与“相对运动”或“相对运动趋势”方向相反，完全不尊重受力的事实。二不理解平衡、加速的意义当我们的研究对象与杆、环、轨道等刚性物体接触时，这些物体的形变不像弹簧的形变那样显而易见,物体间保持相对静止时，摩擦力的有无、方向，弹力的有无方向都不容易判断。高一新生学习时常这样分析物体的受力，如图（前三）F1F2mgF1F2mgF1F2mgF1F2mg他们还没有足够的经验判断出横梁和斜梁应该是往里拉的效果还是往外推的效果，对平衡条件没有充分的理解，对平衡物体的受力分布呈怎样的图形也没有意识。在三个共点力的作用下物体平衡，我们可以把平衡条件理解为任意两个力的合力一定与第三个力等大反向。熟知平

7、衡条件的同学一眼就能看出：前三个图的受力方式是不可能让物体平衡的。三错误表象导致分析错误亚里士多德曾说过一些话，如：必须有力作用在物体上物体才运动，停止用力物体也将停止运动，把力说成是维持物体运动的原因；他还说过：重的物体下落的快，轻的物体下落的慢。这些表象虽符合生活经验，但并不是事物的本质。例4水平传送带AB两端相距3.5米，工件与传送带间摩擦因素=0.1，工件滑上传送带A端的瞬时速度VA=4m/s，到达B端的瞬时速度为VB，下列说法不正确的是A若传送带不动，VB=3m/sB若传送带以V=4m/s逆时针匀速转动，VB=3m/sC若传送带以V=2m/s顺时针匀速转动，VB=3m/sD若传送带以

8、V=2m/s顺时针匀速转动，VB=2m/s传送带静止时物块的受力分析不会出错，一但传送带有了速度，学生就认为传送带有向前的速度，物体会向前加速，传送带有向后的速度，物体就会被传送带带回来，完全无视运动由受力决定，受力由产生条件定的原则。摩擦力的产生条件中最重要的一条就是物体间有“相对运动”或“相对运动趋势”，摩擦力的方向是与“相对运动”或“相对运动趋势”方向相反，完全不尊重受力的事实。四缺乏一定的生活经验和常识AOBPQFFN例5.有一个直角支架 AOB，AO水平放置，表面粗糙，OB竖直向下，表面光滑，AO上套有小环P，OB上套有小环 Q，两环质量均为m，两环间由一根质量可忽略、不可伸展的细绳

9、相连，并在某一位置平衡，如图。现将P环向左移一小段距离，两环再次达到平衡，那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较，AO杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是（ ）AN不变，T变大 BN不变，T变小CN变大，T变大 DN变大，T变小分析受力时，学生容易漏掉的力是BO杆对Q环施加的水平向左的弹力FN以及AO杆对P环施加的向右的摩擦力F，他们不知道环与杆在哪些地方发生接触，既不理解平衡条件又缺乏应有的经验和常识。受力分析的正确与否直接决定了物理这个学科的成败。我们从高一的教学开始就应该把这个工作落实到位。以下环节做好能有效提高分析能力：一、分析受力，首先要弄清有哪些力。 弄清按性质命名的

10、力的产生、大小、方向1、重力：因地球的吸引而产生，地球是施力物体；重力的大小G=mg，与物体的质量成正比；重力的方向竖直向下。重力的大小和方向均与物体的运动状态无关及摆放位置无关，是非接触类力。重力与质量是两个完全不同的物理量，同一个物体在不同地方，重力不同，质量不变。2、弹力：因物体发生弹性形变而产生，力的大小与形变程度有关，力的方向总是与发生形变的方向相反，有接触面的地方，无论是平面与平面接触还是球面与平面接触还是点与平面、球面接触，一律与面（切面）垂直。所以分析弹力时，接触和垂直是关键词，找哪些物体与研究对象接触，分析这些与研究对象接触的物体对研究对象是否有弹力，找垂直方向。绳子的弹力较

11、为简单，只有绷紧时候会产生弹力，沿绳收缩方向。轻杆的弹力：当杆发生拉伸或压缩形变时，弹力沿杆向里或向外，当杆发生弯曲类形变时，弹力不沿杆方向。如：小车上有一支架，直杆下端固定一小球。当小车匀速向右运动时，杆上的弹力竖直向上；当小车有向左或右的加速度时，杆上的弹力可能如图乙、丙沿任意方向。3、摩擦力：产生条件：相互接触、相互挤压、相对静止又有相对运动趋势或有相对运动的物体间。方向：沿接触面，与相对运动趋势方向相反、与相对运动趋势方向相反。静摩擦力的大小不确定，往往由二力平衡条件求得。滑动摩擦力：与压力成正比，与接触面的粗糙程度有关 f=N。由接触面的粗糙程度决定，与接触面积大小、相对速度大小无关

12、。此外，需要注意的是，静摩擦力与压力无必然联系。分析摩擦力时，去找哪些物体与研究对象有接触面，再分析这些与研究对象接触的物体对研究对象是否有摩擦力。倘若物体之间存在摩擦力时，则物体之间一定相互挤压，一定存在弹力作用，但是彼此相互挤压的物体之间可能不存在相对运动趋势或相对运动，这时物体之间只有弹力作用而没有摩擦力作用。倘若物体之间存在拉力作用，虽然拉力的大小不变，但由于其方向的变化，均导致物体所受弹力和静摩擦力的变化。4、电磁力：因电场、磁场的存在，对放入其中的电荷、电流、运动电荷施加的力。这种场力与重力类似，大小方向较为固定，如：电场力，F=Eq，方向与电场方向在同一直线上；安培力F=BIL、

13、洛伦兹力f=qvB,方向由左手定则进行判断。二、掌握受力分析的步骤、方法1确定所研究的物体，然后找出周围有哪些物体对它产生作用采用隔离法分析其他物体对研究对象的作用力，不要找该物体施于其它物体的力，譬如所研究的物体叫A，那么就应该找出“甲对A”和“乙对A”及“丙对A”的力而“A对甲”或“A对乙”等的力就不是A所受的力也不要把作用在其它物体上的力错误地认为通过“力的传递”作用在研究对象上。整体法与隔离法的分析方法是一致的，区别只在于：整体法是把多个物体当一个物体看待对其进行受力分析。2要养成按步骤分析的习惯一重、二弹、三摩擦、再其它。最先找出重力，其次画接触力(弹力和摩擦力)：绕研究对象逆时针(

14、或顺时针)观察一周，看对象跟其他物体有几个接触点(面)，对每个接触点(面)若有挤压，则画出弹力，若还有相对运动或趋势，则画出摩擦力要熟记：弹力的方向一定与接触面或接触点的切面垂直，摩擦力的方向一定沿着接触面与物体相对运动（或趋势）方向相反。分析完一个接触点(面)后再依次分析其他的接触点(面)再画其他场力：看是否有电、磁场力作用，如有则画出场力学生学习这部分知识的难点是：弹力和摩擦力到底有没有？例1：如图所示，判断接触面对球有无弹力，已知球静止，接触面光滑。ab分析a图中小球的受力时，初学者一般都会认为有3个力：重力、绳的弹力、斜面的支持力。例2如图所示，判断接触面MO、ON对球有无弹力，已知球

15、静止，接触面光滑。同样，学生会认为斜面MO对小球施加了支持力，他们一致认为小球与斜面是接触的。vfmgFN例3：如图，物体沿一粗糙斜面匀速下滑，斜面体放在粗糙水平地面上相对静止。斜面体与地面间是否有摩擦？对m:mg=f mg=FN对M：f的水平分量f=mgvfMgFNFN FN的水平分量FN=mg这两个分力相等，地面不产生摩擦。这道题单凭对摩擦力的了解是不够的，还需要有力的合成与分解、力的平衡等知识。所以，除了从力的定义即力的产生原因去分析力是否存在？在什么方向上外，还常要根据物体的运动状态或是生活经验生活常识进行判断。教学中常根据下面方法判断力的有无、方向。（1） 假设法若例1中a图小球受斜

16、面的支持力，显然物体不能平衡，这个支持力不存在。假设例2中斜面对小球施加了支持力，将这个力分解在水平和竖直方向后，就会发现小球水平方向合力不为零，这与小球的平衡状态相矛盾，这个力不存在。(2)撤销法即假设接触物体撤去，判断研究对象是否能维持现状。若维持现状则接触物体对研究对象没有弹力，因为接触物体使研究对象维持现状等同于没有接触物，即接触物形同虚设，故没有弹力。若不能维持现状则有弹力，因为接触物撤去随之撤去了应该有的弹力，从而改变了研究对象的现状。可见接触物对研究对象维持现状起着举足轻重的作用，故有弹力。在例1a、b图中，若撤去细线，则球都将下滑，故细线中均有拉力, a图中若撤去接触面，球仍能

17、保持原来位置不动，所以接触面对球没有弹力；b图中若撤去斜面，球就不会停在原位置静止，所以斜面对小球有支持力。图a中接触面对球没有弹力；图b中斜面对小球有支持力（3）根据运动状态判断受力情况；例4：如图所示，A、B两物体竖直叠放在水平面上，今用水平力F拉物体，两物体一起匀速运动，试分析A、B间的摩擦力及B与水平面间的摩擦力。分析：把A、B当一个物体看，因为匀速，这个物体水平方向受力平衡，地面给B物体施加向左的滑动摩擦力f1，且f1=F。同样因为匀速，A水平方向不受任何力作用。假设有B给A施加的摩擦力，却找不到其它力来平衡，所以，A、B间不存在摩擦力。若题目条件改为F作用在B物体上，A、B一起加速

18、运动，则A受B施加的向右的静摩擦力，A的加速度就是这个力产生的。（4）用牛顿第三定律。此法关键是抓住“力是成对出现的”，先确定受力较少的物体受到的静摩擦力的方向，再确定另一物体受到的静摩擦力的方向。例4中地面光滑，F使物体A、B一起向右加速运动，A物体的加速度和整体相同，由牛顿第二定律F=ma得A物体所受合外力方向一定向右，而A物体在竖直方向上受力平衡，所以水平方向上受的力为它的合外力，而在水平方向上只有可能受到B对它的静摩擦力，所以A受到B对它的静摩擦力方向向右。B对A的摩擦力与A对B的摩擦力是一对作用力和反作用力，根据牛顿第三定律，B受到A对它的静摩擦力方向向左。三、养成作图好习惯笔者发现，自己所教学生在作图这个环节上是最失败的，题目做完却一个图都没有，难说这就是不会进行受力分析的症结所在。教学中我们的要求是先作分析图再作矢量图，图形不仅显示出力的个数、方向，还能从其中找到它们间存在的数量关系，能展示出你的思维过程。这个环节从开始就要严格要求、紧抓不放。四、受力分析的注意事项：对物体进行受力分析时，往往不是“少力”就是“多力”，因此在进行受力分析时应注意以下几点：(1) 只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其他物体所施加的力。(2) 每分析一个力，都应找到施力物体，若没有施力物体，则该力一定不存在这是防止“多力”的有效措施之一。检查一下画出的每个力能否找出它的施力物体