高中物理力學(xué)題中的受力分析方法研究

許劍敏

摘 要：力學(xué)是高中物理的重點(diǎn)學(xué)習(xí)內(nèi)容，由于力學(xué)分析難度較大，學(xué)生在學(xué)習(xí)過程中常常會(huì)遇到一些問題。本文主要從受力分析的角度開展研究分析工作，將隔離法與整體法相結(jié)合的方式對(duì)力學(xué)全面分析，為教師后續(xù)教學(xué)總結(jié)經(jīng)驗(yàn)，提高學(xué)生的物理核心素養(yǎng)。

關(guān)鍵詞：高中物理;受力分析;方法

在高中物理學(xué)習(xí)中，力學(xué)是整個(gè)高中物理中較為重要的環(huán)節(jié)。由于不同物體的受力程度不同，會(huì)導(dǎo)致該物體產(chǎn)生不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果想要分析物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么需要先分析該物體的受力情況，利用科學(xué)合理的方式分析物體受力程度，是整個(gè)高中物理的難點(diǎn)與重點(diǎn)，也是學(xué)習(xí)力學(xué)的先提條件，需要每一位同學(xué)熟練掌握的基本學(xué)習(xí)方式。

1.物體受力分析的指導(dǎo)思想

研究分析物體受力情況的首要步驟就是明確定位研究對(duì)象，需要從紛雜的問題中將研究對(duì)象抽離出來，讓研究工作更為簡(jiǎn)單清晰，所得出的理論也更有科學(xué)依據(jù)。對(duì)研究對(duì)象的質(zhì)點(diǎn)、結(jié)點(diǎn)、物體集合以及單個(gè)物體等不同角度開展分析，從而得到更為全面的認(rèn)知。除此之外，在開展物體受力分析研究過程中，需要有順序有條理的對(duì)研究對(duì)象開展受力條件分析。實(shí)際研究中，可以通過分析口訣“重力一定有，彈力看四周，摩擦分動(dòng)靜，方向要確定”來作為研究參考，通過理論內(nèi)容，優(yōu)化記憶效果。需要注意的是，摩擦力與彈力都是較為明顯的接觸力，需要對(duì)接觸面開展受力分析。在高中物理受力內(nèi)容學(xué)習(xí)時(shí)，對(duì)物體開展受力條件分析，只需對(duì)其受到的力進(jìn)行分析，不需要考慮研究對(duì)象所施加的力[1]。比如，當(dāng)分析物體A的受力條件時(shí)，只需分析甲對(duì)物體A或者乙對(duì)物體A的受力情況，不需要分析物體A對(duì)甲或者乙所施加的力的情況，避免在研究過程中出現(xiàn)定義偏差的問題。

研究受力條件過程中，每一個(gè)物體的受力情況開展分析時(shí)，都應(yīng)該找到與其對(duì)應(yīng)的受力物體。首先，要從題目中提煉出物理模型，之后再明確定位研究的對(duì)象，可以有效的降低“多力”條件產(chǎn)生的誤導(dǎo)影響，從而提高整體研究效果。除此之外，在實(shí)際研究過程中，應(yīng)該對(duì)受力物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)進(jìn)行探討，防止忽視物體通過受力條件產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的變化。比如，在某個(gè)水平傳輸帶上，物體會(huì)隨之運(yùn)動(dòng)，當(dāng)傳輸帶出現(xiàn)減速運(yùn)動(dòng)或者加速運(yùn)動(dòng)，物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)一定會(huì)受到摩擦力的改變而改變，從而產(chǎn)生向前或者向后的狀態(tài)。

2.高中物理力學(xué)題中的受力分析方法介紹

在分析物體受力條件時(shí)，需要結(jié)合科學(xué)合理的受力分析方法建立受力模型，其中較為常用的受力分析法分為兩種：整體法、隔離法，針對(duì)二者的概念進(jìn)行簡(jiǎn)單分析，具體內(nèi)容如下。

2.1整體法

整體法，顧名思義，從物體的整體角度出發(fā)，首先由受力物體的局部受力情況入手分析，研究工作在由部分拓展到整體，形成全局化的受力條件分析方式，進(jìn)而對(duì)受力物體的實(shí)際情況里了解更為清晰，并且此種方法的分析角度是基于整體方向的，故有利于揭示物體受力分析的變化規(guī)律與本質(zhì)條件，將紛雜的研究工作簡(jiǎn)潔化，還可以使物理力學(xué)知識(shí)更加靈活的應(yīng)用。在實(shí)際應(yīng)用中，整體法通常應(yīng)用于研究對(duì)象內(nèi)部與其他物體的受力分析中，在忽視物體整體內(nèi)部相互作用力的基礎(chǔ)之上，更加科學(xué)有效的解決學(xué)習(xí)問題，提高學(xué)生整體的核心素養(yǎng)[2]。

2.2隔離法

隔離法，主要是將受力物體從整體中抽離出來，考慮實(shí)際情況，設(shè)置獨(dú)立的研究對(duì)象，考慮單個(gè)物體之外物體對(duì)其產(chǎn)生的受力情況，通過這種方法，可以有效的緩解研究中的“多力”問題所產(chǎn)生的影響，還能夠?qū)κ芰ξ矬w的受力條件清晰掌握，明確地對(duì)其開展分析工作。實(shí)際應(yīng)用中，可以對(duì)研究對(duì)象中不同物體之間的受力情況進(jìn)行分析，結(jié)合隔離法，對(duì)每個(gè)物體分別研究分析，使得到的結(jié)論更為嚴(yán)謹(jǐn)合理，為學(xué)生開展后續(xù)學(xué)習(xí)工作提供便捷。

2.3整體法與隔離法相結(jié)合

在解決實(shí)際物體受力條件分析問題過程中，通常會(huì)遇到一些問題，其中最為突顯的是：在研究?jī)?nèi)容中，研究對(duì)象并不是單一存在的物體，而是由相互關(guān)聯(lián)的一些物體形成一個(gè)系統(tǒng)，遇到此類情況，通常采取隔離法。也就是將這些物體進(jìn)行隔離分析，分別對(duì)其受力情況開展研究工作，之后結(jié)合這些物體各自的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)以及受力情況，通過牛頓運(yùn)動(dòng)定律與物體運(yùn)動(dòng)學(xué)相關(guān)公式，展開計(jì)算。但是，在此類情況下，僅僅依靠隔離法很難得出物體真實(shí)受力情況，并且計(jì)算的過程也較為繁瑣，甚至在某些物體受力條件分析問題中，采用隔離法根本無從下手。此時(shí)，可以借鑒另一種受力條件分析方法，將整體法與隔離法相融合，把研究對(duì)象當(dāng)中一個(gè)整體，站在全面的角度開展受力條件分析工作，由局部逐漸延伸到整體，更為簡(jiǎn)潔清晰的掌握研究對(duì)象受力情況，隨后通過力學(xué)定律與相關(guān)公式開展計(jì)算。基于此種分析方法，可以將繁瑣的問題簡(jiǎn)單化，科學(xué)有效的解決學(xué)習(xí)問題[3]。

3.案例分析

分析物體的受力情況時(shí)，需要考慮物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，根據(jù)其所處的狀態(tài)不同，其受到的受力程度也不同。

3.1系統(tǒng)處于平衡狀態(tài)下

例如：根據(jù)下圖所示，物體B質(zhì)量為m，物體A質(zhì)量為M，將物體B疊加在物體A之上，并且物體A處于地面上，當(dāng)物體A受到作用力F時(shí)，其受力情況會(huì)出現(xiàn)幾種：

（1）一起靜止

（2）一起向右勻速直線運(yùn)動(dòng)

（3）一起以加速度a水平向右運(yùn)動(dòng)

解析：研究對(duì)象為物體B，從（1）和（2）中可以得知，一起向右勻速直線運(yùn)動(dòng)與其一靜止均處于平衡狀態(tài)，合外力為零。豎直方向下，物體B的作用力F與重力也為平衡力，受力也為零，所以基于（1）與（2）中，物體B的摩擦力為零。從（3）得知，B存在向右加速度a，合外力F與a方向一致，受力為A給B的摩擦力F1，同時(shí)方向水平向右。由此得知，物體看似一致，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不同，受力情況也不同[4]。

3.2系統(tǒng)處于非平衡狀態(tài)

例如：如下圖所示，傾斜角度為a，物體質(zhì)量為M，將斜面物體水平靜止放在桌面上，將質(zhì)量為m的木塊靜止放在斜面之上，得出以下結(jié)論，正確的是：

A.木塊對(duì)斜面的壓力為mgsinα

B.木塊所受到斜面的摩擦力為mgcosα

C.水平桌面對(duì)斜面的支持力為（M+m）g

D.水平桌面對(duì)斜面的摩擦力為mgsinαcosα

解析：針對(duì)此類問題可以采用整體法研究物體的受力條件，根據(jù)物體受力平衡，可以判斷出水平桌面對(duì)斜面的摩擦力非常小，可以忽略不計(jì)為零。并且彈力相當(dāng)于整體的重力之和，所以可以得出選項(xiàng)C為正確答案[5]。

3.3系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)并且不存在相對(duì)運(yùn)動(dòng)情況

例如：物體質(zhì)量分別為m1與m2的物體A與B，分別放置在光滑的水平桌面上，根據(jù)下圖所示，針對(duì)物體A施加水平作用力F，則物體A對(duì)物體B的作用力為：

解析：對(duì)物體A與B的整體受力情況進(jìn)行分析。

隨后對(duì)物體B的受力情況進(jìn)行分析：

因?yàn)槲矬wA與物體B同時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)，所以可以采取整體法計(jì)算出整體加速度，當(dāng)物體A對(duì)物體B產(chǎn)生作用力時(shí)，將物體B進(jìn)行隔離，通過牛頓第二定律與相關(guān)公式求出物體B的作用力，這便是典型的隔離法與整體法的結(jié)合應(yīng)用。

4.結(jié)論

總而言之，在高中物理中，分許物體的受力情況需要掌握合理的受力分析方法以及具體步驟，對(duì)整體法與隔離法靈活應(yīng)用，面對(duì)不同的問題，采取相對(duì)適用的方式，更容易解決物理力學(xué)學(xué)習(xí)中的問題。不僅可以在實(shí)際教學(xué)中提高學(xué)生的核心素養(yǎng)，也可以使學(xué)生對(duì)力學(xué)理解更為全面客觀。

參考文獻(xiàn)

[1]趙建華.高中物理力學(xué)題受力分析解題反思[J].中學(xué)生數(shù)理化：學(xué)研版，2014（9期）：31-31.

[2]耿欣寧.高中物理力學(xué)題受力分析解題反思[J].中華少年，2017.