受力分析对物理解题过程的重要作用探究

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  【摘 要】在新课标要求下,同学们在学习物理时不仅仅要熟练掌握基本物理知识、技能,还要学习一些基本的思考问题、解决问题的方法,在这些方法中,“受力分析”是非常重要的。本文首先对“受力分析”这种方法进行简单阐述,简单介绍受力分析方法并指点其学法,然后对运用受力分析的几道经典例题进行讲解。
  【关键词】受力分析;高中物理;例题
  力学在高中物理中占据很重要的地位,历年高考题中对力学问题的考察也比较多。通常力和物体的运动是联系在一起的,一个物体通常受到好几个力的作用,同学们在遇到复杂的力学问题时往往不知所措。正是因为有些同学没能掌握正确的解题方法,思路不明晰,盲目的做题,才导致解不出题。实际上,“受力分析”方法的运用便是解开力学问题的一把“金钥匙”,只有对物体进行准确的受力分析,才能打开解决力学问题的大门,将复杂的力学问题梳理清楚。接下来本文将对受力分析这种方法进行阐述。
  一、受力分析方法概述
  (一)方法简介
  “受力分析”指的是研究物体受力多少,如何受力,力的作用结果又是怎样等的过程,在运用受力分析方法时,其思考的步骤如下:首先需要将研究对象隔离,其次分析物体或物体系的受力并将受力的示意图画出来,再依据受力分析后所处的状态而正确运用物理规律,最后,结合题意,代入数据得出结果。通常来说,受力分析的顺序是:先场力和已知力,即重力、电场力及磁场力等以及已知力;其次是弹力,即拉力、推力及压力等外力;最后是摩擦力。
  (二)学法指点
  同学们在进行受力分析和画力的示意图时,应当注意以下几点的内容:(1)只需要画出物体的受力,不需要画出施力情况;(2)只需要画出性质力,不需要画出效果力;(3)由于力是矢量,所以需要标示出力的方向;(4)由于弹力和摩擦力都是被动力,所以相互接触的物体间是否有弹力和摩擦力以及它们的大小取决于其他力的合力状况;(5)在共点力作用下物体达到平衡的时候,可以把物体受到力的大小、方向原封不动地平移至力的交点处;(6)需要关注物体所受的力是恒力还是变力,如果是变力需要关注力是怎样变化的。
  二、经典例题分析
  下面我们来看看几道经典的例题。
  【例1】如右图所示,体重为500N的人站立在重量为300N的钢板上,人用力地拉绳子,钢板仍然处于水平并静止的状态。在不计滑轮重量和绳子重量的情况下,求:
  (1)人的拉力为多少?
  (2)请画出此人的受力示意图;
  (3)求此人对钢板的压力大小;
  (4)求此人所受的合力。
  【解析及答案】
  (1)假设人拉绳子的力是F,如上图所示。我们首先将定滑轮作为研究对象,对它进行受力分析,可以知道定滑轮受到钢板和人对它竖直向下的拉力以及框架对它竖直向上的拉力,此外,由于定滑轮处于平衡状态,所以钢板和人对它的力同框架对它的力是一对平衡力,再根据牛顿第三定律可以知道,它们的大小相等、方向相反,并且作用在同一直线上。因此钢板和人对它向下的拉力大小是4F,框架对它向上的拉力也是4F;其次将人、钢板、动滑轮看成一个整体作为去研究该整体的受力情况,可以知道它受到框架竖直向上的大小为4F的拉力以及竖直向下大小为G人+G板的重力。同样的,拉力和重力是一对平衡力,有4F=G人+G板,因此,F=1/4(G人+G板)=1/4(500N+300N)=200N。
  (2)将人作为研究对象进行受力分析,很容易知道其受力情况如右图所示。
  (3)根据(2)中人的受力示意图,有等式:G人=N+F′,又因为人的重力为500N,F′=200N,所以钢板对人的支持力N=G-F′=300N。再根据牛顿第三定律,知道人对钢板的压力大小为300N,方向竖直向下。
  (4)还是以人为研究对象,人是处于平衡状态的,所以人受到的合力为零。
  【例2】如右图所示,斜面的长度为5m,高为1m,用沿斜面向上大小为F的力将重量为500N的物体从斜面低端匀速地拉到斜面的顶端,假设斜面的机械效率是80%,求:
  (1)拉力F为多少;
  (2)物体同斜面间的摩擦力f是多少。
  【解析以及答案】
  (1)本题中需要运用到以下公式:W有=Gh,W总=FL机械效率η:W有/W总。根据题中已知条件可以知道,W有=Gh=1000N×1m=1000J,W总=W有/η=1000J/0.8=1250J,因此,F=W总/L=1250J/5m=250N。
  (2)本题中求物体同斜面间的摩擦力时一不小心就会出错。错误的解法是认为拉力与摩擦力就是一对平衡力,从而得出f=F=250N的错误结果。但其实利用“受力分析”的方法仔细分析物体的受力,我们可以知道物体还受到重力的分力,即下滑力F′。如右图所示,应该是F=f+F′,而不是f=F。但是此题中要求解摩擦力还需要用到别的知识,我们需要清楚沿斜面把物体拉到高处的过程中,物体需要克服摩擦力做额外功,这样才能将这道题解出来。所以有:
  W额=W总-W有=1250J-1000J=250J,因此f=W额/L=250J/5m=50N。
  通过对这两道例题的讲解,我们能够体会到解决力学问题时受力分析的重要性,特别是在第二道例题的第(2)小问中,如果我们没能耐心地分析清楚物体的受力,将会很容易出错,得出错误的答案。
  三、结语
  综上所述,在解决物理力学问题的时候,“受力分析”这种方法是务必需要熟练掌握的。同学们在解答力学问题的时候,由于不注意受力分析,经常会忽略某个受力,导致解题错误。因此同学们需要掌握受力分析这个“金钥匙”,打开解决力学问题的大门。
  【参考文献】
  [1]赵廷玉.“受力分析”在解答力学问题中的重要作用[J].物理教学探讨,2012.30(4):40-41
  [2]杨红.浅谈受力分析在高中物理学习过程中的作用[J].科海故事博览·科教论坛,2013
  [3]邱刚.物理解题的基本方法之一——受力分析法[J].中学生数理化:高考版,2010(7):43-44
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