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摘要:正确对物体进行受力分析是解决力学问题的关键,是学好物理的基础。首先要确定研究对象,并对对象进行受力分析,画出受力图,防止多力和漏力,这样便于对物体的平衡和运动问题进行分析计算。
关键词:物体受力
受力分析就是把选定的物体(通常称为研究对象)在特定的物理环境中所受到的所有的力找出来,并画出它的受力示意图的过程。很多学生都是凭自己的感受分析一个物体的受力情况,没有一定的科学方法,结果漏洞百出,不是多算一力就是少算一个力,我们知道,力是改变物体运动状态的原因,所以物体运动状态的改变是由于它所受各种力作用的结果,而这些力间的相互关系也正由物体的运动状态来反映。而平衡和运动问题是高考的热点,二者都离不开物体的受力分析。下面我就简要谈谈如何对物体进行受力分析。
一、物体受力分析一般采取以下的步骤
1.明确研究对象。可以是某个物体也可以是整体。合理选取研究对象,并把它从周围的物体中隔离出来。所选取的研究对象要受力情况清楚,与所求的力和己知力有联系,并能简单方便的求解。若要对几个物体进行受力分析,应先隔离受力简单的物体,后分析受力较复杂的物体。受力分析的对象可以是绳子的结点、也可以是一般的物体或物体组成的系统,这要根据问题的实际和需要来确定。
2.按照分析力的一般顺序找力。先重力,再弹力(弹力包括压力、支持力、拉力等)、后摩擦力(动摩擦力和静摩擦力),最后其他力(如:磁场力,电场力、分子力等)。必要时要用力的概念和产生条件或假设法判断这个接触力是否存在.即接触力的分析要“两看:一看已经受的力所产生的作用效果,二看物体所处的运动状态”。
3.画物体受力图,没有特殊要求,则画示意图即可,即不需要精确画出力的大小,只要把力的方向画正确,作用点画出(共点力)并大概画出力的大小即可。特别要注意同一个物体只能画出一个作用点,这个作用点一般就画在物体的重心上,这样便于力的分析。同时画受力图时,注意a.力的作用点可沿作用线移动.b.各个力的符号。
4.验证:a.每一个力都应找到对应的施力物体b.受的力应与物体的运动状态对应。
二、高中物理受力分析的辅助手段
(1)牛顿第二定律(物体有加速度时)
(2)牛顿第三定律(内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上)
(3)物体的平衡条件(共点力作用下物体的平衡条件是合力为零)
三、物体受力分析时应注意以下几点
1.防止“漏力”和“添力”每分析出一个力,应找出该力的的施力物体和该力对物体产生的效果,否则,该力的存在就值得考虑。(l)严格按照受力分析的步骤进行分析是防止“漏力”的有效措施;注意寻找施力物体是防止“添力”的有效办法。找不到施力物体的力肯定是不存在的。(2)有弹力才可能有摩擦力,弹力与摩擦力的方向相互垂直。
2.只分析研究对象所受的力,不分析研究对象施给其他物体的反作用力。
3.不要把物体的受力分析和力的合成与分解相混淆,“合力”是物体实际所受各力的“等效力”,“分力”是从一个力的作用效果“等效”出来。“合力”、“分力”都不是物体受到的真实力,因此在分析受力时,不要画出“合力”、“分力”的图示,即要保持其原滋原味。
4.为使问题简化,常要忽略某些次要的力,如物体运动速度不大时的空气阻力及水的阻力,轻杆、轻绳、轻滑轮等轻质物体的重力可以不考虑等等。
5.当解决问题先后要对几个物体进行受力析时,通常会先分析受力个数较少的物体的受力。
6.物体受到的多个力的作用点可以平移到同一点上,一般为重心处。
例1一个物体沿斜面向下滑,此時受到哪几个力的作用?
解析:物体此时受到重力、支持力和摩擦力三个力的作用,容易错误分析成:认为还受到一个沿斜面向下的下滑力,实际上是不受这个力的,因为找不到施力物体。
例2A、B、C三木块叠放在水平桌面上,对B物体施加一水平向右的推力F,三木块均静止,分别分析三个物块受到的力。
解析:A物体受两个力的作用:重力和B对A的支持力
B物体受五个力的作用:重力、推力F、C对B的支持力、A对B的压力、C对B的摩擦力
C物体受五个力的作用:重力、地面对C的支持力、B对C的压力、B对C的摩擦力、地面对C的摩擦力。
例3:如图1—6所示,小车上固定着一根弯成α角的曲杆,杆的另一端固定一个质量为m的球,试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向:(1)小车静止;(2)小车以加速度a水平向右运动;(3)小车以加速度a水平向左运动。
解析:此题杆对球的弹力与球所处的运动状态有关。分析时应根据不同的运动状态具体分析。(1)小车静止时,球处于平衡状态,所受合外力为零,因重力竖直向下,所以杆对球的弹力F竖直向上,大小等于球的重力mg,如图1—7甲所示。
(2)当小车向右加速运动时,因球只受弹力和重力,所以由牛顿第二定律F=ma得,两力的合力一定是水平向右。由平行四边形法则得,杆对球的弹力F的方向应斜向右上方,设弹力F与竖直方向的夹角为θ,则由三角知识得:F=(mg)2+(ma)2,tanθ=a/g如图1—7乙所示。
(3)当小车向左加速运动时,因球只受弹力和重力,所以由牛顿第二定律F=ma得,两力的合力一定是水平向左,由平行四边形法则得,杆对球的弹力F的方向应斜向左上方,设弹力F与竖直方向的夹角为θ,则由三角知识得:F=(mg)2+(ma)2,tanθ=a/g如图1—7丙所示
可见,弹力的方向与小车运动的加速度的大小有关,并不一定沿杆的方向。杆对球的弹力方向不一定沿杆,只有当加速度向右且a=gtanθ时,杆对小球的弹力才沿杆的方向,所以在分析物体与杆固定连接或用轴连接时,物体受杆的弹力方向应与运动状态对应并根据物体平衡条件或牛顿第二定律求解。
综上所述,要正确进行物体受力分析,应认准对象,看清环境,从力的本质出发,结合物体运动情况去周密分析,逐一找全,以免漏掉一个力,而每找一个力(在惯性系中),都要问一问施力物体是什么,是否存在这个力,有无重复多算,以免凭空多加一个力。在分析过程中,应重在培养科学的思维方法,不断提高能力。
关键词:物体受力
受力分析就是把选定的物体(通常称为研究对象)在特定的物理环境中所受到的所有的力找出来,并画出它的受力示意图的过程。很多学生都是凭自己的感受分析一个物体的受力情况,没有一定的科学方法,结果漏洞百出,不是多算一力就是少算一个力,我们知道,力是改变物体运动状态的原因,所以物体运动状态的改变是由于它所受各种力作用的结果,而这些力间的相互关系也正由物体的运动状态来反映。而平衡和运动问题是高考的热点,二者都离不开物体的受力分析。下面我就简要谈谈如何对物体进行受力分析。
一、物体受力分析一般采取以下的步骤
1.明确研究对象。可以是某个物体也可以是整体。合理选取研究对象,并把它从周围的物体中隔离出来。所选取的研究对象要受力情况清楚,与所求的力和己知力有联系,并能简单方便的求解。若要对几个物体进行受力分析,应先隔离受力简单的物体,后分析受力较复杂的物体。受力分析的对象可以是绳子的结点、也可以是一般的物体或物体组成的系统,这要根据问题的实际和需要来确定。
2.按照分析力的一般顺序找力。先重力,再弹力(弹力包括压力、支持力、拉力等)、后摩擦力(动摩擦力和静摩擦力),最后其他力(如:磁场力,电场力、分子力等)。必要时要用力的概念和产生条件或假设法判断这个接触力是否存在.即接触力的分析要“两看:一看已经受的力所产生的作用效果,二看物体所处的运动状态”。
3.画物体受力图,没有特殊要求,则画示意图即可,即不需要精确画出力的大小,只要把力的方向画正确,作用点画出(共点力)并大概画出力的大小即可。特别要注意同一个物体只能画出一个作用点,这个作用点一般就画在物体的重心上,这样便于力的分析。同时画受力图时,注意a.力的作用点可沿作用线移动.b.各个力的符号。
4.验证:a.每一个力都应找到对应的施力物体b.受的力应与物体的运动状态对应。
二、高中物理受力分析的辅助手段
(1)牛顿第二定律(物体有加速度时)
(2)牛顿第三定律(内容:两个物体之间的作用力和反作用力总是大小相等,方向相反,作用在一条直线上)
(3)物体的平衡条件(共点力作用下物体的平衡条件是合力为零)
三、物体受力分析时应注意以下几点
1.防止“漏力”和“添力”每分析出一个力,应找出该力的的施力物体和该力对物体产生的效果,否则,该力的存在就值得考虑。(l)严格按照受力分析的步骤进行分析是防止“漏力”的有效措施;注意寻找施力物体是防止“添力”的有效办法。找不到施力物体的力肯定是不存在的。(2)有弹力才可能有摩擦力,弹力与摩擦力的方向相互垂直。
2.只分析研究对象所受的力,不分析研究对象施给其他物体的反作用力。
3.不要把物体的受力分析和力的合成与分解相混淆,“合力”是物体实际所受各力的“等效力”,“分力”是从一个力的作用效果“等效”出来。“合力”、“分力”都不是物体受到的真实力,因此在分析受力时,不要画出“合力”、“分力”的图示,即要保持其原滋原味。
4.为使问题简化,常要忽略某些次要的力,如物体运动速度不大时的空气阻力及水的阻力,轻杆、轻绳、轻滑轮等轻质物体的重力可以不考虑等等。
5.当解决问题先后要对几个物体进行受力析时,通常会先分析受力个数较少的物体的受力。
6.物体受到的多个力的作用点可以平移到同一点上,一般为重心处。
例1一个物体沿斜面向下滑,此時受到哪几个力的作用?
解析:物体此时受到重力、支持力和摩擦力三个力的作用,容易错误分析成:认为还受到一个沿斜面向下的下滑力,实际上是不受这个力的,因为找不到施力物体。
例2A、B、C三木块叠放在水平桌面上,对B物体施加一水平向右的推力F,三木块均静止,分别分析三个物块受到的力。
解析:A物体受两个力的作用:重力和B对A的支持力
B物体受五个力的作用:重力、推力F、C对B的支持力、A对B的压力、C对B的摩擦力
C物体受五个力的作用:重力、地面对C的支持力、B对C的压力、B对C的摩擦力、地面对C的摩擦力。
例3:如图1—6所示,小车上固定着一根弯成α角的曲杆,杆的另一端固定一个质量为m的球,试分析下列情况下杆对球的弹力的大小和方向:(1)小车静止;(2)小车以加速度a水平向右运动;(3)小车以加速度a水平向左运动。
解析:此题杆对球的弹力与球所处的运动状态有关。分析时应根据不同的运动状态具体分析。(1)小车静止时,球处于平衡状态,所受合外力为零,因重力竖直向下,所以杆对球的弹力F竖直向上,大小等于球的重力mg,如图1—7甲所示。
(2)当小车向右加速运动时,因球只受弹力和重力,所以由牛顿第二定律F=ma得,两力的合力一定是水平向右。由平行四边形法则得,杆对球的弹力F的方向应斜向右上方,设弹力F与竖直方向的夹角为θ,则由三角知识得:F=(mg)2+(ma)2,tanθ=a/g如图1—7乙所示。
(3)当小车向左加速运动时,因球只受弹力和重力,所以由牛顿第二定律F=ma得,两力的合力一定是水平向左,由平行四边形法则得,杆对球的弹力F的方向应斜向左上方,设弹力F与竖直方向的夹角为θ,则由三角知识得:F=(mg)2+(ma)2,tanθ=a/g如图1—7丙所示
可见,弹力的方向与小车运动的加速度的大小有关,并不一定沿杆的方向。杆对球的弹力方向不一定沿杆,只有当加速度向右且a=gtanθ时,杆对小球的弹力才沿杆的方向,所以在分析物体与杆固定连接或用轴连接时,物体受杆的弹力方向应与运动状态对应并根据物体平衡条件或牛顿第二定律求解。
综上所述,要正确进行物体受力分析,应认准对象,看清环境,从力的本质出发,结合物体运动情况去周密分析,逐一找全,以免漏掉一个力,而每找一个力(在惯性系中),都要问一问施力物体是什么,是否存在这个力,有无重复多算,以免凭空多加一个力。在分析过程中,应重在培养科学的思维方法,不断提高能力。