1、1浅谈初中物理受力分析的技巧【摘 要】从物体平衡、假设法分析弹力、研究对象选取等方面出发,就受力分析中一些可用的技巧做了简单的介绍,以期能帮助学生更好的掌握受力分析,学好力学知识。 【关键词】受力分析;技巧;平衡;研究对象 力学知识是中学物理重要的学习内容,初中阶段初步接触了重力、弹力、摩擦力等基础知识。如何引导帮助学生做出正确的受力分析,在分析中不出现多力或少力的情况,对于学生的力学学习来说至关重要。下面结合几个力学问题,希望能帮助学生更好的掌握受力分析的技巧。 一、物体平衡条件的利用 物体处于平衡状态时(静止或做匀速直线运动) ,物体所受合力为零,即受力平衡。结合力的合成规律,我们可以得到
2、以下两个结论。 (一)平衡物体所受合力为零 如图 1 所示,天花板下面有一重 20N 的木块,当有 F=25N 的力向上作用时,画出木块的受力示意图。 解析:对于木块的受力情况,由题意可以很容易的知道,木块会受到重力 G=20N,方向竖直向下;压力 F=25N,方向竖直向上,如图 2 所示。那么木块还会受到其他力吗?木块与天花板是接触的,天花板会给它支持力吗? 利用上面的结论进行分析:由于木块是静止的,处于平衡状态,所2以其所受合力为零。由前面的分析,我们假设木块不受天花板的支持力,根据力的合成,木块所受合力为 F 合=F-G=5N0,与结论不符合,所以木块将会受到天花板给它的支持力 N,大小
3、为 5N,方向垂直于接触面竖直向下,从而可以画出木块的受力示意图,如图 3 所示。 (二)不在同一直线上两力合力不为零,所以不可能使物体平衡 如图 4 所示,小球通过一根绳子固定在天花板上,同时小球静止斜靠在一斜面上,假设不计绳子重力及所有摩擦力时,画出小球的受力示意图。 解析:对小球进行受力分析,很容易分析出:小球受到重力 G,方向竖直向下;受到绳子的拉力 T,方向沿着绳子的方向斜向上,如图 5 所示。那么小球与斜面是接触的,是否会受到斜面给小球的支持力呢? 利用上面的结论进行分析:由于小球是静止在斜面上的,处于平衡状态。由前面的分析,小球受到的重力 G 和拉力 T 不在同一直线上,若小球不
4、受到斜面的支持力,那么两力(重力和拉力)的合力不为零,不可能使小球处于平衡状态。所以,小球会受到斜面给它的支持力 N,方向垂直于斜面指向斜上方,如图 6 所示。 从上面两个例子可以看到,在对处于平衡状态的物体进行受力分析时,我们可以充分利用物体平衡的条件,即所受合力为零,从而判断出一些比较难于确定的力是否存在,避免出现分析时少力的情况。 二、弹力的分析 对初中阶段所接触的弹力来说,从课本知识可以知道,产生弹力的前提条件是两个物体必须相互接触。对于不接触的两个物体,两者之间3不会产生弹力的作用。而对于相互接触的物体,是否一定产生弹力呢?答案是否定的,相互接触的两个物体,只有在发生了相互挤压而导致
5、弹性形变的情况下,两者之间才会有弹力的产生。学生在判断时,可以通过以下两种方法进行判断。 (一)对于处于平衡状态的物体,可以通过利用物体平衡的条件进行判断 如第一点所述,两个例子中支持力都是弹力的一个体现,可以通过对物体其余力的分析及合成判断出弹力是否存在,在此不再作详细解析。(二)利用假设法 假设去掉与物体接触的支撑物,通过判断物体运动趋势判断弹力的有无及方向。 如图 7、图 8 所示,小球通过一根绳子固定在天花板上,同时小球静止均与同一斜面接触,假设不计绳子重力及所有摩擦力时,分析小球是否受到斜面的弹力,即支持力。其中图 7 中绳子角度为斜上方,图 8 中绳子方向为竖直向上。 解析:两个情
6、形中,小球均与斜面有接触,那么是否两种情形中,小球都会受到斜面的弹力(支持力)呢? 利用假设的方法:我们假设将作为支撑物的斜面撤去,考虑图 7 的情况,不难想象,在斜面撤去后,小球不会保持静止,将会向右运动。所以在撤去斜面之前,斜面会对小球有力的作用,阻止小球向右的运动趋势,这个力就是斜面给小球的弹力,方向垂直于斜面指向斜上方。可4以看到,这与前面利用力的平衡条件进行分析得到的结果是一致的。 利用同样的方法分析图 8,可以看到,在斜面撤去以后,小球仍然会保持静止,所以在斜面撤去之前,小球没有运动的趋势,斜面也不会对小球有力的作用,即小球不受到斜面给它的弹力。 从上面的分析可以看出,在利用假设法
7、探讨弹力是否存在的问题中,首先要明确所需要分析的是研究对象与哪个物体(面)之间的弹力,从而确定撤掉的支撑物(面) 。然后考虑撤掉支撑物以后研究对象的运动情况:如果撤去后有运动的发生,则支撑物和研究对象之间存在弹力;如果撤去后研究对象仍然保持静止,则支撑物和研究对象之间不存在弹力。学生可以通过以上两种方法,在受力分析的过程中,能够更准确的判断出弹力的存在。 三、浮力的分析 如图 9 所示,容器中装有液体并放置于水平桌面上,一重为 10N 的小球,用细线悬挂放入液体中,细线另一端施加有竖直向上的拉力T=6N,小球处于静止状态,容器与液体总重为 50N,试求小球所受浮力及容器对水平桌面的压力。 解析
8、:对于求解小球所受浮力,在进行受力分析时,可以容易的确定小球作为研究对象,通过分析小球的受力情况从而得出结果。结合前面介绍的方法,对小球进行受力分析,可以分析出小球受重力 G1=10N,拉力 T=6N 以及浮力 F 浮,各力方向如图 10 所示。根据物体平衡条件,可以得到 F 浮=G1-T=4N。 对于求解容器对水平桌面的压力,根据相互作用力的关系,转化为5求水平桌面对容器的支持力。这时候我们则选取容器、液体及小球作为一个整体的研究对象,对于这个整体而言,其受力情况如图 11 所示,受到绳子的拉力 T=6N,总的重力 G 总=60N 以及桌面支持力 N,由于整体的研究对象也是处于平衡状态的,所
9、以容易得出 N=G 总-T=54N。 从上面的解析看到,在分析水平桌面对容器的支持力时,我们选取了容器、液体及小球作为一个整体的研究对象,而不是选取单独的容器或容器、液体的组合作为研究对象。这是因为如果把小球加入整体作为研究对象后,小球与容器、液体之间的作用力就成为了研究系统内部的力,这种内部力对整体外部的受力是不产生作用的,从而简化了系统的受力情况。但同时也要注意,在将小球加入整体作为研究对象后,小球受到的绳子的拉力也会成为整个系统的外部拉力。 在对较为复杂的系统进行受力分析的时候,研究对象的选取尤为重要。尤其是在讨论整体受力情况时,一般可以选取多个物体作为一个整体进行研究,从而可以将多个物
10、体之间的相互作用力转化为不影响分析的系统内力,达到简化受力分析的目的。 四、力的性质的运用 对于初中所接触的重力、弹力、摩擦力等,由于每种力产生原因的不同,各自具有自身的特点,在进行受力分析时,尤其是在判断所受力的方向时,可以充分利用这些力的特点,从而达到准确分析的目的。初中常用的力的性质主要有以下几点: (1)物体所受重力方向总是竖直向下,浮力方向总是竖直向上;(2)运动物体所受摩擦力方向与相对运动方向相反,静摩擦力方向与物6体相对运动趋势的方向相反;(3)压力、支持力的方向始终和受力物体的接触面垂直;(4)绳子上拉力处处相等,且拉力方向沿着绳子的方向。综上所述,在对物理系统进行受力分析时,要根据系统的状态,以及要求的结果,合理的选取研究对象,在分析时充分利用力的性质、平衡条件等知识,分析出每个力的相关要素,不多分析一个力,也不漏掉一个力,做出准确的受力分析,从而解决所遇到的力学问题。 参考文献 1 万来佳.关于水面升降的讨论J.物理教师,1994(2). 2 胡海红.从不同角度巧解力学综合题J.中学物理,2013(4). 3 杨理.浅谈初中物理“受力分析”J.中学物理,2013(8).