學(xué)會(huì)“三板斧”受力分析易搞掂

江傳勇

作者按：在“隋唐演義”的故事中有一位好漢給人留下極其深刻的印象，那就是憑借“三板斧”功夫?qū)医ㄆ婀Φ某桃Ы稹１M管只在夢(mèng)中學(xué)會(huì)了三招斧法，但卻用這三板斧打敗眾多好手闖下個(gè)“混世魔王”的響亮名頭。可見(jiàn)雖只三板斧，但卻簡(jiǎn)單、實(shí)用、有效。學(xué)習(xí)物理時(shí)我們也可借鑒程咬金的“三板斧”經(jīng)驗(yàn)，歸納簡(jiǎn)捷實(shí)用的套路提高解決物理問(wèn)題的能力。

初高中物理學(xué)的內(nèi)容無(wú)外乎“力、熱、聲、電、光”幾大部分，其中力學(xué)的學(xué)習(xí)首當(dāng)其沖，之所以放在最前是有其深刻的科學(xué)性的。因?yàn)榱W(xué)的學(xué)習(xí)能夠很好的培養(yǎng)學(xué)習(xí)者的物理思維模式，這種思維模式的建立對(duì)于物理學(xué)今后的學(xué)習(xí)是至關(guān)重要的。所以一定要學(xué)好力學(xué)，為以后的學(xué)習(xí)打好基礎(chǔ)。但力學(xué)部分又是物理學(xué)的一大難點(diǎn)，尤其力學(xué)中的受力分析更是讓許多同學(xué)一頭霧水思維混亂，常因此畏懼物理學(xué)習(xí)。在此本人結(jié)合多年的教學(xué)經(jīng)驗(yàn)為大家總結(jié)一個(gè)簡(jiǎn)單、有效的受力分析套路，姑且名為“程式三板斧受力分析法”。

程式三板斧受力分析法：

第一斧：明確對(duì)象、找準(zhǔn)目標(biāo)——受力對(duì)象（受力體）

第二斧：弄清物體所處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

第三斧：根據(jù)物體所處狀態(tài)，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行受力分析。

下面分別予以闡述：

一、“第一斧”確立對(duì)象、找準(zhǔn)目標(biāo)（即明確受力體）

正如程咬金遇敵，首先高舉大斧，力劈華山，照著敵首就是一斧。這一斧著實(shí)厲害，那就是目標(biāo)明確而精準(zhǔn)。這種心無(wú)旁騖直擊要害的方法是解決問(wèn)題、特別是復(fù)雜問(wèn)題的關(guān)鍵。我們?cè)趯?duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)，常常會(huì)遇到相互關(guān)聯(lián)的多個(gè)物體，如果我們不能明確分析對(duì)象，眉毛胡子一把抓就會(huì)陷入混亂。原則：分析受力一次只能確立一個(gè)受力對(duì)象，其他所有與之相關(guān)聯(lián)的物體都被定義為施力體。

例一：如圖一所示

我們分別可以：

（1）物塊A；（2）物塊B；

（3）A+B整體（A與B相對(duì)靜止需要時(shí)可看作一體）；

為受力對(duì)象進(jìn)行受力分析。

二、“第二斧”弄清物體所處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

許多同學(xué)在分析物體受力時(shí)常常忽略物體所處狀態(tài)（這些狀態(tài)有的是題設(shè)明確給出的，有的則是隱含在給定條件中需要我們?nèi)シ治雠袛嗟模跊](méi)有搞清楚狀況的情況下就急于出手，結(jié)果只能是南轅北轍找不到方向。讓我們看看程咬金是如何使出第二招的吧，程式第二招：小鬼剔牙——掉轉(zhuǎn)斧頭用斧纂即斧柄尾攻擊對(duì)方面門(mén)。之所以使用此招是因?yàn)楦闱宄藢?duì)手的狀態(tài)，對(duì)方應(yīng)對(duì)第一招力劈華山大多會(huì)舉起武器橫架當(dāng)頭砍下的一斧，這樣正前方部位皆空，程咬金用斧柄尾順勢(shì)倒擊，正是預(yù)判出了敵人的狀態(tài)，否則不知敵情胡亂出招又怎得要害？受力分析也是如此，只有弄清物體所處狀態(tài)才能運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律來(lái)判斷物體受力情況。

例二：如圖二所示，重量為G的物體A處于斜面上（不受其他外力作用），試分析其受力情況。

分析：此題如果只有現(xiàn)在的題設(shè)條件我們將只能判斷物體受重力及斜面支持力作用，而無(wú)法判斷與斜面間的摩擦力，因?yàn)椴恢牢矬w所處狀態(tài)，在不同的狀態(tài)下將會(huì)產(chǎn)生不同的摩擦力。下面我們分析幾種情況

（一）、A保持靜止?fàn)顟B(tài)

根據(jù)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律：當(dāng)物體不受外力作用或者受平衡力作用時(shí)將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

我們推斷A物將受到平衡力作用，由此我們可以判斷出所受摩擦力方向應(yīng)該沿斜面向上，為靜摩擦力，受力如圖三所示

（二）、勻速下滑

同樣我們根據(jù)牛頓第一運(yùn)動(dòng)定律可判斷A物受平衡力作用，此時(shí)受斜面給它的滑動(dòng)擦力方向如圖四所示

（三）、加速下滑

這種狀態(tài)又分兩種情況，不同的情況受力不同

第一種情況：斜面為光滑斜面

這種情況物塊A與斜面無(wú)摩擦力作用物體將在重力和斜面支持力的合力下做勻加速運(yùn)動(dòng)（牛頓第二定律）（圖五所示）

第二種情況：斜面為粗糙斜面

斜面粗糙，A與斜面有相對(duì)運(yùn)動(dòng)和擠壓，故此會(huì)產(chǎn)生與相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向相反的滑動(dòng)摩擦阻力，此時(shí)由于A物所受重力和支持力的合力大于所受滑動(dòng)摩擦力故作加速下滑動(dòng)。 （圖六所示）

綜上所述，對(duì)應(yīng)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，物體的受力情況有很大差異，之所以如此在于力與運(yùn)動(dòng)是有關(guān)聯(lián)的：力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的原因。只有弄清了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)才能判斷現(xiàn)象背后的本質(zhì)：物體的受力情況。于是在前兩步的基礎(chǔ)上我們使出第三招殺手锏。

程咬金的殺手锏：掏耳朵，當(dāng)對(duì)方用鐵板橋躲過(guò)第二招，兩馬錯(cuò)蹬起身時(shí)，程咬金用斧橫掃，敵人大多被斬落馬下。對(duì)于一般的高手，前兩招可說(shuō)是準(zhǔn)備功夫，目的是為了這第三招的殺著。

同樣，我們確定對(duì)象、弄清物體的狀態(tài)最終是為了第三步——受力分析。

三、“第三斧”根據(jù)物體所處運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，運(yùn)用牛頓運(yùn)動(dòng)定律進(jìn)行受力分析。 要做好這一步必須充分理解牛頓運(yùn)動(dòng)三定律的內(nèi)涵。

牛頓第一定律：物體在不受外力作用或者受平衡力作用時(shí)將保持靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。

內(nèi)涵解析：此條件和結(jié)果互為因果可相互推證，當(dāng)一個(gè)物體不受外力作用時(shí)將會(huì)保持原來(lái)的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，即保持原來(lái)的靜止?fàn)顟B(tài)或者以原有的速度作直線運(yùn)動(dòng)，當(dāng)受平衡力時(shí)亦然。在此有一個(gè)特例需要說(shuō)明：如果物體在某一方向上不受力或受平衡力則在此方向上將保持原有運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（靜止或勻速直線運(yùn)動(dòng)）

牛頓第二定律：物體加速度的大小跟作用力成正比，跟物體的質(zhì)量成反比.

內(nèi)涵解析：牛頓第二定律闡述了力和運(yùn)動(dòng)之間的關(guān)系，指出力是改變物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)（產(chǎn)生加速度）的原因，而不是使物體運(yùn)動(dòng)的原因，如果物體的運(yùn)動(dòng)速度發(fā)生改變，則必然是外力作用的結(jié)果。

牛頓第三定律：相互作用的兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

內(nèi)涵解析：此定律揭示了物體間的作用力總是相互的，這種相互的作用力具有同時(shí)性、同性性，即作用力和反作用力同時(shí)產(chǎn)生同時(shí)消失且性質(zhì)相同。這對(duì)于我們分析受力時(shí)可以起到很好的輔助參考作用。

下面我們用實(shí)例學(xué)習(xí)這三部曲分析法

例三：如圖七所示，A、B、C三個(gè)物塊疊放于水平地面，三者保持相對(duì)靜止，試分析在拉力F的作用下：A可分別處于 （1）勻速直線運(yùn)動(dòng)；（2）勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，A、B、C的受力情況并判斷摩擦力的性質(zhì)。 （不計(jì)空氣阻力）

圖七所示 題設(shè)分析：

此題給出了A、B、C三者間保持相對(duì)靜止，則A、B、C三者運(yùn)動(dòng)狀態(tài)是相同的，知道A的狀態(tài)B、C狀態(tài)即確定。

但有一個(gè)隱含條件不清楚，ABC之間及A與地面間的摩擦力狀況不清楚，對(duì)此我們可根據(jù)運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行推斷。當(dāng)A處于加速狀態(tài)時(shí)，A、B、C間依然能保持相對(duì)靜止則我們可推斷B和C將受到靜摩擦力作用；又根據(jù)A在F作用下可處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)推斷出A受到地面給它的滑動(dòng)摩擦力作用。

解題思路：經(jīng)過(guò)上面的分析我們根據(jù)已有條件，按照“三板斧”的步驟，分別以A、B、C為目標(biāo)對(duì)象進(jìn)行受力分析。

在此我們遵循一個(gè)由簡(jiǎn)到繁的原則按C、B、A的順序進(jìn)行分析，因?yàn)镃物塊受力最少，B次之。

例題解答：

（一）當(dāng)A處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)時(shí)，B、C也處于勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)牛頓第一定律三者均受到平衡力作用。

物塊C受重力和B對(duì)C的支持力作用

物塊B受重力、C對(duì)B的壓力、A對(duì)B

的支持力作用

物塊A受重力、B對(duì)A的壓力、地面支F 持力、拉力F及地面給A的滑動(dòng)摩擦（圖十所示）

（由于作勻速直線運(yùn)動(dòng)，ABC之間將不產(chǎn)生摩擦力）

錯(cuò)誤思路一：當(dāng)B、C隨A一起向右運(yùn)動(dòng)時(shí)，許多同學(xué)會(huì)覺(jué)得應(yīng)該受到一向右的力而得出BC受靜摩擦力作用，其實(shí)我們可以C為例進(jìn)行反證：假設(shè)C受B給它的向右的靜摩擦力作用，由于在水平方向無(wú)其他外力作用，則C在水平方向上將受非平衡力作用，其狀態(tài)將是加速向右運(yùn)動(dòng)而不會(huì)保持勻速直線運(yùn)動(dòng)，同樣由于BC間無(wú)靜摩擦力，AB間也無(wú)靜摩擦作用。另外我們也可通過(guò)ABC三者相對(duì)靜止皆作勻速直線運(yùn)動(dòng)，其間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)及相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)判斷ABC間無(wú)摩擦力。

錯(cuò)誤思路二：A與C存在壓力和支持力作用。由于C處于A上方故認(rèn)為C會(huì)壓迫A給A以壓力，而A似乎也在支撐C從而給C以支持力。

產(chǎn)生這個(gè)錯(cuò)誤的原因在于沒(méi)有弄清壓力和支持力的概念。壓力和支持力屬?gòu)椓Ψ懂牐瑥椓Πl(fā)生在兩個(gè)相互接觸因擠壓發(fā)生形變的物體間，雖然C通過(guò)B而對(duì)A有影響，但由于AC無(wú)接觸并不產(chǎn)生彈力作用。

（二）當(dāng)A在F作用下向右作勻加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，B、C也同步作加速運(yùn)動(dòng)，豎直方向受力同（一），水平方向A、B、C受向右的凈合力產(chǎn)生加速度。

C受B施加的水平向右的靜摩擦力Fbc

B受C施加的水平向左的靜摩擦力Fcb

（Fbc的反作用力）及A施加的水平向右

的靜摩擦力Fab，F(xiàn)ab>Fcb.

A受B施加的靜摩擦力Fba（Fab

的反作力）、地面施加的滑動(dòng)摩擦力Fa

及拉力F ，F(xiàn)>Fa+Fba

結(jié)束語(yǔ)：

程式三板斧簡(jiǎn)潔實(shí)用，威力顯著。概因其洞察先機(jī)、攻其必救，其程序幾乎為命令式。但物理問(wèn)題千變?nèi)f化，我們需要牢固掌握物理概念，深刻理解物理定律內(nèi)涵，綜合分析各種條件，透過(guò)現(xiàn)象看本質(zhì)方能圓滿地解決問(wèn)題。然事有難易、其理相通，簡(jiǎn)明程序、把握正確的思路不失為行之有效的方法。

（圖九所示）