受力分析的基本方法和原則

1、精心整理受力分析的基本方法和原則一、受力分析的一般步驟先來回顧一下各種常見力的特點(diǎn)。重力：由于地球的吸引而使物體受到的作用力。地球表面附近的一切物體都要受到重力的作用。因此，只 要研究的對象是實(shí)際物體，重力就肯定存在。彈力：相互接觸的物體間才會(huì)產(chǎn)生彈力，但接觸不一定有彈力，只有當(dāng)接觸處存在彈性形變時(shí)，彈力才會(huì) 出現(xiàn)。摩擦力：彈力存在是摩擦力存在的前提，因此摩擦力的分析應(yīng)該放在彈力之后。兩個(gè)相互擠壓的物體間若 有相對滑動(dòng)，則它們之間會(huì)出現(xiàn)滑動(dòng)摩擦力；兩個(gè)相互擠壓的物體間若有相對滑動(dòng)的趨勢，則它們間會(huì)出現(xiàn)靜摩擦力。如果研究的物體處在更為復(fù)雜的環(huán)境中，如周圍有某種液（氣）體、電場或者磁場，那么還要分

2、析物體是 否受到浮力、阻力、電場力或磁場力等的作用。綜上所述，可以將受力分析的一般步驟歸納為：重力肯定有；彈力看四周，形變就存在，不形變則沒有；分析摩擦力，看看運(yùn)動(dòng)否？趨勢也可以；復(fù)雜環(huán)境中， 不忘電磁浮。但要注意，這幾句話中的“形變”指“彈性形變”，“運(yùn)動(dòng)”指“相對運(yùn)動(dòng)”。為了方便記憶，甚至可以 將上述幾句話進(jìn)一步精簡為二十字的口訣：重力肯定有，彈力看四周，分析摩擦力，不忘電磁浮。二、受力分析的基本原則初步分析之后，如果能對照受力分析的基本原則換個(gè)角度檢查一下分析結(jié)果的正確性，這樣才能做到萬無 一失。兩個(gè)基本原則依次為：（1 1）每個(gè)力都必須有施力物體；（2 2）受力情況必須和物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)

3、相吻合。例：有人認(rèn)為“物體以某一初速?zèng)_上光滑的斜面后，物體在上滑過程中受到沿斜面向上的沖力作用，在下 滑過程中受到沿斜面向下的下滑力作用。”解：物體在全過程中只受到重力和斜面對它的支持力兩個(gè)力的作用，在上滑過程中物體并沒有受到沿斜面 向上的沖力作用，之所以能沖上斜面，是因?yàn)榫哂谐跛俣?，不要把物體的這種慣性表現(xiàn)當(dāng)作一個(gè)力；在下滑過程 中物體也沒有受到沿斜面向下的下滑力的作用，之所以下滑，是因?yàn)橹亓Ξa(chǎn)生了一個(gè)使物體向下滑動(dòng)的效果。 這里多分析出來的“沖力”和“下滑力”都可以用第一原則來進(jìn)行檢驗(yàn)，顯然，它們都沒有施力物體， 因此不存在。例：物體 A A 放在水平傳送帶上，且 A A 與傳送帶保持相對

4、靜止，如圖所示，若傳送帶向右勻速運(yùn)動(dòng)，試分析 A A 的受力。解：A A 物體僅受兩個(gè)力作用：重力和傳送帶對A A 產(chǎn)生的彈力。需要特別注意的是傳送帶對 A A 物體并沒有靜摩擦力，這一點(diǎn)可以借助受力分析的第二原則來進(jìn)行檢查。假 如認(rèn)為傳送帶對 A A 物體有靜摩擦力，那么， A A 物體共受三個(gè)外力作用，其中重力、彈力在豎直方向，而靜摩擦力 在水平方向，三者不可能相互平衡?？墒菍?shí)際上A A 物體和傳送帶一起勻速運(yùn)動(dòng)，受力必須平衡。初步分析的結(jié)果與實(shí)際運(yùn)動(dòng)狀態(tài)發(fā)生了矛盾，矛盾產(chǎn)生的原因就是靜摩擦力其實(shí)并不存在。三、受力分析的常用方法根據(jù)涉及的物體個(gè)數(shù)和解題需要，常用的受力分析方法可分為兩種：（

5、一）隔離法顧名思義，將單個(gè)物體從周圍環(huán)境中“隔離”出來進(jìn)行受力分析的方法。例：如圖所示，A A、B B C C 三木塊疊放在水平桌面上，對 B B 木塊施加一個(gè)水平向右恒力 F F,三木塊共同向右勻 速運(yùn)動(dòng)，三木塊的重力都是 G,G,分別畫出三木塊受力示意圖。精心整理分析：既然要求對三木塊進(jìn)行受力分析，隔離法是唯一的選擇。但隔離順序的選擇要講究一點(diǎn)技巧，通常 按照受力個(gè)數(shù)從小到大的次序進(jìn)行，整個(gè)處理過程會(huì)簡單一些。解：隔離 A A 木塊分析，按照受力分析的口訣：(1) 重力肯定有；(2)彈力看四周周圍只有木塊 B B 和A A 接觸，接觸處也有彈性形變，因此B B 對 A A 有向上的彈力；(

6、3)分析摩擦力結(jié)合受力分析的第二原則可知，A A、B B 間不可能有靜摩擦力存在，否則A A 不可能向右勻速運(yùn)動(dòng)；(4) 不忘電磁浮此處空氣產(chǎn)生的浮力忽略不計(jì)，電磁力也不存在。隔離 B B 木塊分析，按照受力分析的口訣：(1) 重力肯定有；(2)彈力看四周一一周圍除了拉力 F F 的施力物體與 B B 接觸外，還有木塊 A A、C C 分別與 B B 接觸，且接觸處均 有彈性形變，因此 A A 對 B B 有向下的彈力，C C 對 B B 有向上的彈力；(3)分析摩擦力一一根據(jù)牛頓第三定律，A A 對 B B 沒有靜摩擦力，但 B B 相對于 C C 有向右滑動(dòng)的趨勢，所以 C C 對 B B

7、 產(chǎn)生水平向左的靜摩擦力；(4) 不忘電磁浮理由與結(jié)果同 A A。隔離 C C 木塊分析，按照受力分析的口訣：(1)重力肯定有；(2)彈力看四周一一木塊 B B,地面分別與 C C 接觸，接觸處均存在彈性形變，因此B B 對 C C 有向下的彈力，地 面對 B B有向上的彈力；(3)分析摩擦力根據(jù)牛頓第三定律，B B 對 C C 有水平向右的靜摩擦力，而 C C 相對于地面有向右滑動(dòng)的趨 勢，所以地面對 C C 產(chǎn)生水平向左的靜摩擦力；(4)不忘電磁浮理由與結(jié)果同A A。(二)整體法指將幾個(gè)物體(通常為運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相同的物體)同時(shí)從周圍環(huán)境中“隔離”出來進(jìn)行受力分析的方法。例：如圖所示，A B兩個(gè)

8、長方形物體靜止地疊放在傾角為二的斜面體上，斜面也處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)AB B的重力大小分別為 I I、，試斜面對 B B 產(chǎn)生的摩擦力。分析：按照常規(guī)思維，要想求斜面對 B B 的摩擦力，必須先搞清 A A 對 B B 的壓力和靜摩擦力，這又需要先去分 析 A A 的受力，因此求解過程分兩步才能完成。但是換個(gè)角度看，既然 A A、B B 兩個(gè)物體運(yùn)動(dòng)狀態(tài)完全相同，何不將它們看成一個(gè)整體的兩個(gè)部分？任一部分 和其它物體間的相互作用力，都可以看成整體和其它物體間的相互作用力，反之亦然。這就是整體法處理問題的基本原理。解：將 A A、B B 組成一個(gè)整體，整體受力如圖。斜面對整體產(chǎn)生的摩擦力屬靜摩擦力，

9、不能使用計(jì)算，此題只能利用平衡條件求解。將整體的重力按效果進(jìn)行分解。沿斜面方向 巧與島+G加&相互平衡，所以方向沿斜面向上。說明：為了排除 A A、B B 兩部分之間相互作用力(即內(nèi)力)的干擾，可以借鑒生活中包裝禮品的方法，設(shè)想用 一張不透明的輕質(zhì)紙將 A AB B 嚴(yán)密包裹好，從外部看，這就是一個(gè)圖章形狀的單一物體。實(shí)踐證明：這種處理方 法簡單有效。思考：上題中，設(shè)斜面體的重力大小為，那么地面對斜面體產(chǎn)生的摩擦力大小是多少？(提示：對 A A、B B 斜面體三者組成的整體進(jìn)行受力分析。)精心整理例：如圖所示，質(zhì)量都是 m m 的 4 4 塊磚被夾在兩木板之間靜止。求中間兩塊磚之間的摩

10、擦力。分析：本題單一地使用隔離法，處理過程比較復(fù)雜；單一地使用整體法，中間兩塊磚間的摩擦力不會(huì)出現(xiàn)。 此時(shí)，應(yīng)考慮將整體法與隔離法相結(jié)合。解：對四塊磚組成的整體進(jìn)行受力分析，如圖所示：由平衡條件可知：在對左側(cè)兩塊磚組成的整體進(jìn)行受力分析，如圖所示：豎直方向由于 一與丄 等值反向，兩力已經(jīng)平衡，因此中間兩塊磚之間沒有摩擦力，或者說兩者之間的摩 擦力為 0 0。說明：在一些復(fù)雜的問題中，直接將所有物體組成整體后，待求力變成了內(nèi)力，在受力分析圖中無法體現(xiàn)， 這時(shí)就要注意將整體法與隔離法相結(jié)合，在這種處理思想下，研究對象的選擇又變得很重要，選不好研究對象， 會(huì)使問題復(fù)雜化，甚至解不出結(jié)果。相反，選好研

11、究對象，會(huì)使問題簡化。新課標(biāo)人教版教材中， 沒有把“物體的受力分析”作為獨(dú)立的一節(jié)， 這并不意味受力分析的過程不重要， 相 反是因?yàn)槭芰Ψ治龅倪^程已經(jīng)滲透到物理學(xué)的各個(gè)知識(shí)領(lǐng)域，屬研究物理學(xué)的基本功，沒有必要單獨(dú)列出。因此，實(shí)際分析力學(xué)問題時(shí)不僅不能遺漏這一步，而且要完美地走好這一步！四、變式練習(xí)1 1.分別畫出圖中 A A、B B 兩物體的受力示意圖(A A 和 B B 均靜止)2 2 如圖所示，用力F將一個(gè)木塊壓在傾斜板上靜止不動(dòng)，則木塊()A A .有可能只受兩個(gè)力作用B.B.有可能只受三個(gè)力作用C.C.必定受四個(gè)力作用D.D.以上說法都不對3 3 .如圖所示，A A、B B 兩物體排放在水平面上，在水平力F F 的作用下處于靜止?fàn)顟B(tài).在以下情況