受力分析的基本方法和原則

受力分析的基本方法和原則對物體進行受力分析這看似微不足道的一步，其實是處理力學(xué)問題乃至所有涉及力和運動的綜合問題中至關(guān)重要的一步，能否正確分析出研究物體的受力，將直接影響到后續(xù)解題過程的展開以及最終結(jié)果的正確性。那么，怎樣才能走好這第一步呢？一、受力分析的一般步驟先來回顧一下各種常見力的特點。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際物體，重力就肯定存在。彈力：相互接觸的物體間才會產(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，彈力才會出現(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。兩個相互擠壓的物體間若有相對滑動，則它們之間會出現(xiàn)滑動摩擦力；兩個相互擠壓的物體間若有相對滑動的趨勢，則它們間會出現(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，看看運動否？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”，“運動”指“相對運動”。為了方便記憶，甚至可以將上述幾句話進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。兩個基本原則依次為：（1）每個力都必須有施力物體；（2）受力情況必須和物體的運動狀態(tài)相吻合。例：有人認為“物體以某一初速沖上光滑的斜面后，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?！苯猓何矬w在全過程中只受到重力和斜面對它的支持力兩個力的作用，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，是因為具有初速度，不要把物體的這種慣性表現(xiàn)當(dāng)作一個力；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，是因為重力產(chǎn)生了一個使物體向下滑動的效果。這里多分析出來的“沖力”和“下滑力”都可以用第一原則來進行檢驗，顯然，它們都沒有施力物體，因此不存在。例：物體A放在水平傳送帶上，且A與傳送帶保持相對靜止，如圖所示，若傳送帶向右勻速運動，試分析A的受力。解：A物體僅受兩個力作用：重力和傳送帶對A產(chǎn)生的彈力。需要特別注意的是傳送帶對A物體并沒有靜摩擦力，這一點可以借助受力分析的第二原則來進行檢查。假如認為傳送帶對A物體有靜摩擦力，那么，A物體共受三個外力作用，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?？墒菍嶋H上A物體和傳送帶一起勻速運動，受力必須平衡。初步分析的結(jié)果與實際運動狀態(tài)發(fā)生了矛盾，矛盾產(chǎn)生的原因就是靜摩擦力其實并不存在。三、受力分析的常用方法根據(jù)涉及的物體個數(shù)和解題需要，常用的受力分析方法可分為兩種：（一）隔離法顧名思義，將單個物體從周圍環(huán)境中“隔離”出來進行受力分析的方法。例：如圖所示，A、B、C三木塊疊放在水平桌面上，對B木塊施加一個水平向右恒力F，三木塊共同向右勻速運動，三木塊的重力都是G，分別畫出三木塊受力示意圖。分析：既然要求對三木塊進行受力分析，隔離法是唯一的選擇。但隔離順序的選擇要講究一點技巧，通常按照受力個數(shù)從小到大的次序進行，整個處理過程會簡單一些。解：隔離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和A接觸，接觸處也有彈性形變，因此B對A有向上的彈力；（3）分析摩擦力──結(jié)合受力分析的第二原則可知，A、B間不可能有靜摩擦力存在，否則A不可能向右勻速運動；（4）不忘電磁浮──此處空氣產(chǎn)生的浮力忽略不計，電磁力也不存在。隔離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──周圍除了拉力F的施力物體與B接觸外，還有木塊A、C分別與B接觸，且接觸處均有彈性形變，因此A對B有向下的彈力，C對B有向上的彈力；（3）分析摩擦力──根據(jù)牛頓第三定律，A對B沒有靜摩擦力，但B相對于C有向右滑動的趨勢，所以C對B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。隔離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──木塊B，地面分別與C接觸，接觸處均存在彈性形變，因此B對C有向下的彈力，地面對B有向上的彈力；3）分析摩擦力──根據(jù)牛頓第三定律，B對C有水平向右的靜摩擦力，而C相對于地面有向右滑動的趨勢，所以地面對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。（二）整體法指將幾個物體（通常為運動狀態(tài)相同的物體）同時從周圍環(huán)境中“隔離”出來進行受力分析的方法。例：如圖所示，A、B兩個長方形物體靜止地疊放在傾角為的斜面體上，斜面也處于靜止?fàn)顟B(tài)，設(shè)A、B的重力大小分別為、，試斜面對B產(chǎn)生的摩擦力。變式練習(xí)答案：