例談物體受力分析教學(xué)

張昱罡

[例]在空間有水平方向、彼此垂直正交的勻強電場和勻強磁場，場強分別為E和B，有一足夠長的直桿豎直放置電、磁場中，有一帶電小球穿過直桿上，小球可在直桿上上下滑動。若小球質(zhì)量為m，帶電量為q，小球與桿的動摩擦因素為u，當(dāng)小球從靜止開始釋放后，則在什么情況下小球有最大速度？最大速度是多少？什么情況下有最大加速度？最大加速度是多少？

[分析]以小球為研究對象，小球剛開始釋放時速度V=0不受磁場力作用，受到的非接觸力只有重力，電場力F電；受到的接觸力有支持力N和摩擦力f摩。小球開始下滑后，速度由0開始不斷增加，從而導(dǎo)致洛倫茲力從0開始不斷增大，小球?qū)U的壓力、小球受到的摩擦力逐漸減小，其合力、產(chǎn)生的加速度逐漸增大。當(dāng)f洛增大到f洛=F電即V=E/B時，小球?qū)U的壓力N=0，摩擦力f摩減小為0，加速度達到最大am=g。小球從加速度g開始繼續(xù)加速下滑時，f洛從等于F電開始繼續(xù)增大，小球又受到與原方向相反的支持力作用，且不斷增大，摩擦力也隨之從零開始不斷增加，加速度就不斷減小，當(dāng)f摩增大到等于G時，a=0

從此題的分析求解看，進行正確的受力分析應(yīng)該注意以下幾點：

一、分析力要全面，不臆加、不遺漏

物體的受力可以兩方面考慮，一方面為非接觸力，如，重力、電場力、磁場力等；另一方面考慮研究對象所處的環(huán)境有哪些物體與之接觸，由此找到摩擦力、彈力等接觸力，按先非接觸力，后接觸力的順序分析受力，可防止“漏力”。力是物體與物體的相互作用，沒考慮一個力時，最好自問一下，它是哪個物體對研究對象的作用，這可防止“添力”。

二、結(jié)合物體的運動狀態(tài)進行分析

物體的初始狀態(tài)和受力情況決定物體的運動狀態(tài)，因此，常用物體的運動狀態(tài)去分析物體的受力情況。上例中因物體在水平方向上加速度為零，得出此方向上合力為零，從而確定支持力的大小等于電場力和磁場力的合力，方向與電場力、磁場力的合力方向相反。

三、特別注意被動力

沒有固定的大小和方向，其大小和方向由其他力和物體運動狀態(tài)決定的力稱為被動力。如，彈力、摩擦力等，因被動力的不確定性，分析被動力時尤其要注意以下幾點。

1.要注意被動力存在的條件

摩擦力存在的條件是：（1）物體間要接觸，且接觸面不光滑；（2）接觸面間有相互的彈力作用；（3）有相對運動或相對運動的趨勢。洛倫茲力存在的條件是：（1）電荷在磁場中要運動；（2）電荷運動的方向不能與磁場方向平行。

所以上例中小球開始下落時V=0，小球不受洛倫茲力作用。小球下落到f洛=F電時，桿與球間無彈力，因而無摩擦力存在。

2.要注意決定被動力大小和方向的因素

若將上例中的磁感應(yīng)強度B的方向反向，則小球受到的洛倫茲力方向與電場力方向相同，受到的洛倫茲力的大小隨速度的增大而增大，小球在運動過程中，先是摩擦力不斷增大，小球加速度不斷減小，當(dāng)f摩=G時，小球就做勻速運動。受力分析是分析、求解力學(xué)問題的基礎(chǔ)，在整個高中物理教學(xué)中占有極其重要的地位，我們應(yīng)特別注意分析和總結(jié)。

編輯 王團蘭endprint