淺談初中物理力學教學中受力分析的方法

楊 海

（貴州省銅仁市碧江區 貴州銅仁 554300）

淺談初中物理力學教學中受力分析的方法

楊 海

（貴州省銅仁市碧江區 貴州銅仁 554300）

初中物理力學的內容是物理的重要知識內容，是中考中所占分數最大的內容之一，它包括了初二學習的力和運動、簡單機械、功和功率，還包括初三學習的壓力、壓強和浮力，以上有關力學的這些知識中有很多內容是以對物體進行受力分析作為基礎，只有掌握了對物體進行正確的受力分析才能進一步解決有關的力學問題，在力學中，解決力學問題時，往往遇到這樣一類情況：題中被研究的對象不是單一的一個物體，而是互相關聯的幾個物體組成一個系統。力學知識中正確的受力分析對學好力學內容至關重要，那么初中物理力學中的常見的受力分析方法又有哪些呢？在教學過程中我分別從力的概念和特點、力的作用效果和力的平衡三個方面出發總結出三種常見的對物體受力分析的方法，并用相關的題目講解各種受力分析方法在解題過程中的具體運用。

初中物理力學 受力分析 方法

方法一：從力的概念和特點出發分析

在力學中，我們都知道力是物體對物體的作用；物體間力的作用是相互的，也就是說力是發生在兩個物體之間的，這兩個物體都同時扮演受力物體和施力物體兩個角色，所以在對物體進行受力分析時作用在物體上的力是否存在，就要看這個力的施力物體和受力物體是否同時存在，如果都存在就證明這個力是存在的；如果找不到這個力的施力物體就證明這個力是不存在的。［1］

方法二：從力的作用效果出發分析

物體在受到力的作用時會產生兩種不同的作用效果，分別是力可以使物體的形狀發生改變；力也可以改變物體的運動狀態，既然力的作用可以使物體產生形狀改變或運動狀態改變，那么如果物體有相應的作用效果產生的話，就證明物體受到了力的作用，此時在分析物體受到什么力的作用也就好分析了。

方法三：從力的平衡角度分析

作用在同一物體上的兩個力，如果它們大小相等，方向相反且作用在同一直線上時，這兩個力就是一對平衡力，物體在平衡力的作用下將處于平衡狀態，即物體將處于靜止狀態或物體將做勻速直線運動，此時物體所受到的力的合力為零，反過來說，如果物體處于平衡狀態時，它所受到的力必然是平衡力，受到的所有力的合力也必然為零，也就是說，只要知道物體處于靜止或勻速直線運動，就可以確定物體在豎直或水平方向上最少應該受到兩個力的作用，并且這兩個力的大小相等，方向相反，并且作用在同一直線上，而且如果能夠確定其中一個力的大小和方向就必然能確定另外一個與它平衡的力的大小和方向，當然這種方法也適合多個力平衡的情況，這時可以通過物體受到力的合力為零這一等式來確定各力的大小，三種受力分析的方法中第三種方法的應用將是最廣泛的，尤其在初中階段確定摩擦力的大小不是通過公式計算而是通過二力平衡的關系大小來確定。［2］

一、系統處于平衡狀態

整體都處于靜止狀態或一起勻速運動時，或者系統內一部分處于靜止狀態，另一部分勻速運動。以上這些情況，整體都平衡，整體內每個物體所受合力為零，整體所受合力也為零。這樣，根據整體的平衡條件，就可以確定整體或某一個物體的受力特點。

例：在粗糙水平面上有一個三角形木塊abc，在它的兩個粗糙斜面上分別放兩個質量m1和m2和木塊，m1＞m2，如圖所示，已知三角形木塊和兩物體都是靜止的，則粗糙水平面對三角形木塊（ ）。

A.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向右；

B.有摩擦力的作用，摩擦力的方向水平向左；

C.有摩擦力的作用，但摩擦力的方向不能確定，因為m1，m2，θ1，θ2的數值并未給出；

D.以上說法都不對。

解析：這樣類型的問題優先選用整體法，根據整體受力平衡，則很容易判斷水平面對三角形木塊摩擦力為零，且彈力等于整體的重力之和，所以選項D正確。

二、系統處于不平衡狀態且無相對運動

由于系統內物體間沒有相對運動，即整體內每個物體都具有相同的速度和加速度，這時整體所受的合力提供整體運動的加速度。這種情況利用整體法，更容易把握整體的受力情況和整體的運動特點。

例：光滑水平面上，放一傾角為的光滑斜木塊，質量為m的光滑物體放在斜面上，如圖所示，現對斜面施加力F，若使M與m保持相對靜止，F應為多大？

解析：由于斜面光滑，物塊只受重力和斜面的彈力，而且和斜面一起運動，則先隔離物塊分析受力，計算出加速度 a=gtan，方向水平向左，再根據整體法可以求得F=（ M+m）gtan .這是典型的整體法與隔離法的綜合應用（先隔離后整體）。

三、系統內部分平衡部分不平衡

這種情況由于系統內物體的運動狀態不同，物體間有相對運動，通常習慣用隔離法。若系統內兩個物體一個處于平衡，另一個處于不平衡狀態時，也可以利用整體法來分析，有時會使問題簡化易于理解。當然，這種情況整體所受合力不為零，整體所受合力就等于不平衡物體所受的合力，用來提供不平衡物體的加速度。

例：若上例中使M靜止不動，F應為多大？

解析：這就是非常典型的系統內部分平衡部分不平衡的問題，物塊在光滑的斜面上沿斜面加速下滑，處于不平衡狀態，而斜面體在光滑的水平面上由于外力F作用而保持靜止不動，及平衡狀態。這種類型許多學生都習慣用隔離法分別對物塊分析，從而計算出物塊和斜面之間的彈力，然后再分析斜面，根據斜面的平衡來確定外力F的大小。

這種類型如果利用整體法來分析要簡單得多，這里整體所受的合力就等于處于不平衡的物塊所受的合力。當然，這里首先要根據物塊受力明確物塊的加速度，方向沿斜面向下。

整體受力為：重力（M+m）g、地面的支持力N和外力F

利用正交分解法，將加速度分解為水平方向ax=acos=gsincos；豎直方向ay=asin=gsin2，

再根據牛頓第二定律得到：F=max=mgsincos=mgsin2，（M+m）g-N=may=mgsin2

這種方法很顯然要比分別隔離來計算要簡單方便。

綜上所述，在分析多個物體相互作用時，靈活運用整體法和隔離法對問題的解決將會帶來很大的方便，特別是在教學過程中有意識地培養學生整體法的思維意識，幫助學生能夠更加全面地理解力和運動的相互關系，更加有利于學生思維能力的提升。

［1］ 梁昆淼.力學，上冊（修訂版）.高等教學出版社，1978，12修訂第2版，64.

［2］ 漆安慎 杜嬋英.力學，高等教育出版社.1997，7，1版，222.