浅谈初中物理受力分析

-1-浅谈初中物理受力分析方法重庆市涪陵区珍溪镇中峰中学吴勤胜(邮编：408009)摘要：初中物理受力分析是初中学生学习物理的一大障碍。为此，我在这里肤浅的谈一谈如何对一些常见情况的物体进行受力分析，以期有所帮助。物体受力分析，总的原则是先确定研究对象，然后根据物体的运动状态分析其受力情况；也可以用“假设法”来分析。在分析物体受力时，要抓住影响物体的主要因素，忽约次要因素，还要根据物体所处的具体环境具体分析，不要多分析一个力，也不要漏掉一个力。关健词：物体受力分析初中《物理》力学中的受力分析抽象、难理解，对于不少学生来说，是学好物理的一大障碍，因此，大都数学生感到“力学”难学，从而丧失学习物理的兴趣。为此，我想就如何对物体进行受力分析谈一些我自己的看法。一、根据物体的运动状态确定物体的受力情况1、处于平衡状态是指物体处于静止状态或匀速直线运动状态，物体受平衡力即所受合力为零。如图1,静止在水平面上的物体受重力和水平面对它的支持力（弹力），二者是一对平衡力。NfG图1图2静止在斜面上的物体受重力G，斜面对它的支持力N，斜面对它沿斜面向上的摩擦力f，物体在这三个力共同作用下处于平衡状态，如图2。如果物体沿斜面匀速下滑，同样受这三个力作用，不少学生认为下滑的物体还受“下滑力”的作用，其实不存在“下滑力”，因为找不到“下滑力”的施力物。我们在确定某一个力时，必能找到这个力的施力物，否则这个力就不存在。在水平地面上做匀速直线运动的汽车，受重力G和地面对它的支持力N，以及牵引力F，阻力f，汽车在这四个力的共同作用下作匀速直线运动，所以它所受合力为零，即水平方向上F=f，竖直方向上G=N，如图3。NG图32、处于非平衡状态的物体受非平衡力（即F合≠0）的作用如汽车在加速时，在水平方向牵引力大于阻力f，即F合≠0,汽车在这个合力的作用下，不断GαFfNG-2-改变其运动状态；汽车在减速时，水平方向上牵引力F小于阻力f。起重机在吊着货物静止不动、匀速上升、匀速下降时，货物受到的拉力F和重力G是一对平衡力；而货物在加速上升或加速下降时，拉力F不等于重力G。即加速上升时，拉力FG，加速下降时，FG，不少学生认为在匀速上升或匀速下落时F≠G，其实就是没有真正理解牛顿第一定律。二、物体受力情况还与它所处的环境有关1．在水中的物体，一般要受浮力作用，如果物体在水中漂浮或悬浮，F浮=G，上浮则F浮＞G，下沉则F浮G。只有物体下部与容器底紧密相连，根据浮力产生的原因，此时物体不受浮力，如圆柱体木桩在河底埋了一部分，则不受浮力。2．在空气中的物体，是否考虑所受空气浮力呢？这要看浮力与它的重力的大小关系，一般说来，如果浮力比重力小很多，就不考虑浮力，如水平地面的木块、石块、铁块等。如果浮力与重力大小相当或者大于重力，就必须考虑浮力，如地面附近的气球，它的浮力就不能不计。三、几种常见力的分析1．重力分析地面附近的物体由于地球的吸引而受到的力就是重力，而我们常见的物体一般都是在地面附近，所以，我们分析物体的受力情况，首先应考虑它要受重力并且方向都是竖直向下的，大小等于mg，作用在物体的重心上。但物体所受重力不等于万有引力。万有引力与物体间的质量、距离有关；而重力只与质量有关。2．弹力的分析初中阶段除重力，电荷间的相互作用力，磁体间的相互作用力外，如果物体不接触就不能产生力的作用，所以要研究弹力，研究对象必须与其他物体接触。但接触不一定都有弹力，还必须发生相互挤压而产生形变。如图4中的物体静止在墙角，是否受到墙AB对它的弹力呢？假设把墙面移开，物体仍然保持现状则不受弹力。也可以根据前面所说的由物体的运动状态确定受力情况，假设物体受到墙面水平向右的弹力，则它还受水平向左的另一个力与之平衡，（因为物体处于静止状态应受平衡力的作用）而这“另一个力”是不存在的，所以它不受墙面给它的弹力。ABC图4图5但如图5所示的小球是否受墙对它的弹力呢？也可以这样分析：假设撤去墙面，小球能否维持现状呢？显然不难想象，撤去墙面后，小球是不能维持现状态的，所以小球受墙面对它的弹力。可见接触物体对研究对象是否维持现状起着举足轻重的作用，我们在分析物体是否受弹力作用，我觉得用这种方法较好。3．摩擦力的分析摩擦力的分析可以说对初中生来说是最为抽象的，难学的，因而初学者往往感到很困难。根据摩擦力的定义，产生摩擦力必满足:①两物体接触且有挤压②接触面不光滑③有相对运动或相对运动趋势。-3-这三个条件必须同时满足才有摩擦力。而摩擦力分为滑动摩擦、滚动摩擦和静摩擦。一般情况只要接触面粗糙且研究对象在其表面上滑动或滚动。就较容易地判断出滑动摩擦力和滚动摩擦力。但要有静摩擦，不仅需要接触表面粗糙，还必须要求研究对象静止在其表面上，而且有相对运动趋势。由于研究对象静止在物体表面上，两物体之间是否有相对运动趋势，有时不易判定。这样就很难判断出两物体间是否有静止摩擦力。例如：如图6所示中，小球在A点位置用线系住，挂在竖直粗糙的墙上不动，此时，墙对小球就没有摩擦力；而用线系住小球B位置且小球不动，如图6所示，此时墙对小球就有摩擦力了。图6图7判断有无静摩擦力，我们也可用假设法。假设接触面光滑，判断研究对象是否维持现状，若维持现状则无摩擦力。因为将粗糙表面等同于光滑表面而物体维持现状，光滑表面对研究对象是没有摩擦力的，故粗糙表面对研究对象也没有摩擦力；若不能维持现状则有摩擦力，因为表面由粗糙变成光滑缺少了具备摩擦力的条件而无摩擦力，从而使物体不能维持现状，可见使物体维持现状正是因为其中有这个静摩擦力作用的结果。利用上述方法，图6中假设墙面光滑，小球将维持现状不动，故墙对小球没有静摩擦力。图7中假设墙面光滑，小球将运动而不能维持现状，故有静摩擦力。又如图8所示，物体A静止在斜面上，它除了受重力G和斜面对它的支持力N（弹力）以外，还受斜面对它的摩擦力吗？图8图9假设斜面是光滑的，物体A还能维持原状吗？显然不能，A要下滑，所以它要受斜面对它的摩擦力f。物体A在重力G、斜面对它的支持力N和沿斜面向上的摩擦力f共同作用下所受合力为零，所以保持静止。而如图9中物体B被绳子系于斜面上端的固定物，那么它受斜面对它的摩擦力吗？同样可以采用上面的方法分析。假如斜面是光滑的，物体B仍能维持原状，所以物体B不受摩擦力。在拔河比赛中，如果甲队胜，甲队的拉力一定比乙队的拉力大吗？很多人认为是这样的。而答案却是否定的。那是为什么呢?分析原因，是受力分析没掌握好。我们如果选择两个队伍为研究对象（忽略绳子的重力），就像两个人手拉手单人拔河一样，根据牛顿第三定律，作用力和反作用力大小相等，方向相反，无论哪一队胜，在哪一阶段，甲队对乙队的拉力F2的大小始终等于乙队对甲队的拉力F1的大小。那么赢的原因是什么呢？决定胜负的原因是两方与地面摩擦力的大小。以两队伍分别为研究对象，如图10所示，两队在比赛的相持阶段未分输赢时，双方可看作处于静止状态，都受平衡力，ABαAαB-4-也就是甲方受到地面给的静摩擦力f1=F1，乙方受到地面给的静摩擦力f2=F2，又因为F1=F2，所以这四个力大小都相等。在相持阶段随着拉力的增大，这四个力一起增大；当甲方的拉力达到并要超过乙方的最大静摩擦力，还没有达到甲方的最大静摩擦力时，乙方就开始滑动（因滑动摩擦力小于最大静摩擦力），此时乙方的摩擦力f2﹤F2，乙方就输了；（此时甲方的摩擦力f1还等于此时的拉力F1）。可以说拔河比赛比的是本队与地面的最大静摩擦力的大小，哪一方与地面的最大静摩擦力小，哪一方输。F1F1F2f2甲队乙队图10四、例题分析例1．作出下面图10、图11中A、B两物体与传送带一起做匀速运动，作出它们的受力示意图。图11图12分析：图10中物体A随水平传送带一起向右做匀速直线运动，处于平衡状态，所受合力为零，竖直方向上受重力G和皮带对它的支持为N，二者是一对平衡力，水平方向上，如果A受到水平向左的摩擦力f，则一定还应有一个水平向右的力与之平衡，而水平向右受什么力呢？施力物又是谁呢？所以它不受水平向右的力，故A不受摩擦力。受力示意图如图12所示。图11中B物体是否受传送带给它的摩擦力呢？可以这样分析：如果传送带是光滑的，B能维持原状吗？显然不能，要下滑，故B应受沿斜面向上的摩擦力f与重力G，传送带对它的支持力N共同作用下，合力为零。受力示意图如图13所示。例2．物体B叠放在物体A上如图14所示，两物体在拉力作用下沿水平向右做匀速直线运动，作出此过程中物体B的受力示意图。图15图16BAFBAFGNAB图13GAN·Of图14GBN·O-5-分析：显然在竖直方向上，物体B受重力G和A对它的支持力N，二者平衡。关键是在水平方向上B是否受A对它的摩擦力？假设B受到A对它水平向右的摩擦力，则必须有一水平向左的力与之平衡，因为B与A同样作匀速直线运动，所受合力应为零。但事实上B不受水平向左的力，所以它不受摩擦力，只受重力G和A对它的支持力，受力示意图如图15所示。例3．如图16所示，物体A重10N，B重8N，大小为20N的力F水平向左压在B上，使A、B两物体静止在墙面上。试分析A左、右两侧各受到的摩擦力多大？方向如何？分析：在分析A左侧受到墙对它的摩擦力时，可以把A、B两物体看成一个整体。A和B静止不动，所受合力应为零。显然水平方向上，压力F和墙对它们的弹力是一对平衡力。而竖直方向上，A、B两物体所受重力为GA+GB=18N，所以A的左侧一定受到竖直向上、大小为18N的摩擦力与之平衡。在分析A右侧受到的摩擦力时，可以以B为研究对象，对B来说，它同样处于静止状态，在竖直方向上，B受竖直向下的重力，大小为8N，那么它一定受到A对它竖直向上的、大小为8N的摩擦力与之平衡。根据力的作用是相互的，所以，A的右侧受到B对它竖直向下，大小也为8N的摩擦力。综上所述，在分析物体受力情况时，必须先确定研究对象，然后根据物体的运动状态来分析，也可以用“假设法”来分析。在初中阶段，还要注意抓主要因素，忽约次要因素进行分析。还要根据物体所处的环境具体问题具体分析。不要漏掉一个力，也不要多分析一个力，这样才能正确对物体进行受力分析，从而学好物理中的力学问题。参考文献：1、《物理教学探讨》（第278期）2、《中学物理》（2012第8期）3、《初中物理教师用书》（人民教育出版社）作者简介：吴勤胜，男，42岁，本科学历，中学物理一级教师，涪陵区级骨干教师。重庆市涪陵区珍溪镇中峰中学物理教师，从事初中物理教学工作19年。论文发表有《数学方法在物理解题中的应用》、《多媒体技术在物理教学中应用》、《从生活走进物理、从物理走向社会》等。联系电话：[phone]邮箱：[e-mail]图17