力分析中易出错的问题及对策_受力分析论文

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经常听到一些学文科的学生说,之所以选择学文科,就是因为物理这门课程学不好,最怕的就是受力分析。受力分析时,这种相互作用只能凭着各力的产生条件和方向要求,再加上抽象的思维想象去画,不像实物那么明显,这对于多习惯于直观形象,缺乏抽象的逻辑思维的刚升入高中的学生来说,就形成了难点。

受力分析是中学物理力学的一个重点。物体受力分析是力学的基础内容,也是高考重点考查的内容,很多学生在考试中因对物体的受力分析不正确而失分。那么在受力分析中存在哪些问题,如何克服这些问题,正确进行物体的受力分析呢?

一、受力分析中易错的问题

正确分析物体的受力情况,是研究力学问题的关键,是学生学习物理必须掌握的基本功。但学生在进行受力分析时,存在各种各样的易错问题。

1.混淆施力物体与受力物体

力是物体对物体的作用。离开了物体,就不存在力的作用,即对一个给定的力,必定能找到施力物体和受力物体。物体之间的作用力是相互的,甲物体受到乙物体作用力的时候,甲物体一定同时对乙物体施加力的作用。即,施力物体同时也是受力物体。有些学生在进行受力分析时,混淆施力物体与受力物体,将受力物体所受的力与它对其他物体的作用力相混淆。

例1 静止放在水平桌面上的书,受到的作用力有

A.重力、桌面对书的支承力

B.重力、书对桌面的压力

C.桌面对书的支承力、书对桌面的压力

D.重力、桌面对书的支承力、书对桌面的压力

解 认为选项B或C或D正确,是混淆了施力物体与受力物体,现在的研究对象(受力物体)是书,而对于书对桌面的压力,书是施力物体,而不是受力物体.

由以上分析可知,A选项是正确的。

2.认为只要有接触就存在弹力

弹力是物体在发生弹性形变时,由于要恢复原状,对跟它接触的物体产生的作用力。弹力是接触力,弹力只能存在于物体的相互接触处,但相互接触的物体之间,并不一定有弹力的作用。因为弹力的产生不仅要接触,还要有形变。弹力产生在直接接触而发生弹性形变的物体之间。通常所说的压力、支持力、拉力都是弹力。弹力的方向总是与物体形变的方向相反。压力或支持力的方向总是垂直于支持面而指向被压或被支持的物体。

弹力虽然发生在接触处,但在接触的地方是否存在力、方向如何却难以把握。有些学生在进行受力分析时,认为只要有接触面就存在弹力。

例2 如图1所示,静止放在光滑水平面上的球,受到的作用力有

图1

A.重力、斜面对球的支承力

B.重力、水平面对球的支承力

C.重力、球对水平面的压力、斜面对球的支承力

D.重力、水平面对球的支承力、斜面对球的支承力

解 若认为选项A或C或D正确,是认为只要有接触就存在弹力。从图l可以看出,斜面与球有接触,满足弹力的第一个条件,由于球是静止放在光滑水平面上的,斜面与球之间没有发生弹性形变,它们之间没有弹力。

由以上分析可知,B选项是正确的。

3.认为摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反

摩擦力也是接触力。在判断物体之间是否存在摩擦力及其方向时,应能正确理解相互接触的物体之间的两个方面的关系:在判断物体间是否存在相对运动或相对运动的趋势时,要明确研究对象和参照物;在已经判断出存在摩擦力的情况下要明确摩擦力的受力物体与施力物体。

例3 一个物体在一条作加速运动的水平传送带上,跟着传送带向同一个方向运动,关于物体的摩擦力的方向判断正确的是

A.摩擦力的方向与物体运动方向相反

B.摩擦力的方向与物体运动方向相同

解 若认为选项A正确,是认为摩擦力的方向总是与物体的运动方向相反。由于物体在一条作加速运动的水平传送带上,跟着传送带向同一个方向运动,这时物体受到的摩擦力就是它的合外力,摩擦力的方向就是与物体运动方向相同。

由以上分析可知,B选项是正确的。

例4 一个物体随水平圆盘一起作的匀速圆周运动,物体相对圆盘静止,物体受到的摩擦力的方向是

A.摩擦力的方向与物体运动方向相反

B.摩擦力的方向与物体运动方向相同

C.摩擦力的方向指向圆盘的中心

D.摩擦力的方向背向圆盘的中心

解 若认为选项A或B或D正确,是没有理解摩擦力的定义,将运动与相对运动混淆了。由于物体随圆盘一起作匀速圆周运动,物体的摩擦力方向却是指向圆心的,提供物体作匀速圆周运动的向心力。而物体的运动方向是圆周的切线方向,很明显摩擦力方向与运动方向既不是相同的,也不是相反的。

由以上分析可知,C选项是正确的。

二、受力分析的应对策略

受力分析时,有些力的方向比较好判断,如重力、电场力、磁场力等,但有些力的方向难以确定。如弹力、摩擦力等。所以受力分析时要熟练掌握各力的产生条件、方向的判断方法等。

1.对受力物体所作出的每一个力都应该能够找到施力物体

在分析被研究对象的受力情况时,要把它从周围物体中隔离出来,分析周围有哪些物体对它施加力的作用,对受力物体所作出的每一个力都能够找到施力物体,如果某一个力找不到施力物体,是凭空想象的,该力是不存在的。这样就可以分清楚受力物体与施力物体,避免在物体的受力图上多画力。如竖直上抛的物体并不受向上的“推力”,而刹车后靠惯性滑行的汽车也不受向前的“冲力”。

例5 一个物体M放在如图2所示的光滑斜面上,物体的受力情况是

图2

A.重力、斜面对物体的支承力

B.重力、物体对斜面的压力

C.重力、斜面对物体的支承力、沿斜面向下的下滑力

D.重力、物体对斜面的压力、沿斜面向下的下滑力

解 若认为选项B正确,没有弄清楚研究对象,物体对斜面的压力的施力物体是物体M,而它是要分析的受力物体。同时还漏了一个支承力。

认为选项C正确,将按力的效果命名的“下滑力”当成是物体M受到的力。沿斜面向下的下滑力找不到施力物体,这个力是不存在的。

认为选项D正确,原因同B和C。

由以上分析可知,A选项是正确的。

2.用“拆除法”判断相互接触的物体是否有弹力

弹力产生的条件:一是物体直接相互接触;二是物体发生弹性形变。如果弹力产生的条件比较明显,可直接利用弹力产生的条件来判断。如水平面上放置的物体。如果弹力产生的条件不明显,可用“拆除法”判断相互接触的物体是否有弹力。“拆除法”就是去掉与受力物体相接触的物体,看受力物体能否保持原来的状态,能保持状态不变的,则说明此处弹力不存在,若改变了原来的状态,则说明弹力存在。

如上例2中,将斜面拆除,球还是静止在光滑的水平面上,此斜面对球没有弹力。

例6 如图3所示,小球用线系住挂在天花板上并与墙面接触,画出小球的受力示意图。

图3

解 对小球进行受力分析:以小球为研究对象,首先分析小球所受的重力G作用。经观察跟小球接触的物体有两个一线、竖直墙壁。将线拆除,小球向下运动,原来的静止状态发生改变,线对小球有弹力作用,即线的拉力T。将墙面拆除,小球保持原来的状态不变,墙面对小球没有弹力。最后经分析确定,小球只受重力G,线的拉力T。它的受力示意图如图4所示.

图4

3.物体的受力分析应与运动情况相符合

加强对“力是物体运动状态发生变化的原因”的理解,利用“力”与“物体运动状态变化”的关系来分析物体的受力情况。力是使物体运动状态发生变化的原因,而不是物体产生运动的原因。运动状态的变化是指速度的大小变化或方向发生变化。如果从力与物体运动状态变化的关系去分析,即假设此力存在,物体所受合力与其对应的运动状态是否符合题中物体所处状态。这样就可以检查和判断物体的受力分析是否正确。

如上例3中,假如物体的摩擦力的方向与物体运动方向相反,此时物体就不能跟着传送带作加速运动,这与题意不相符合。如上例4中,摩擦力的方向为A或B或D,则物体不可能随圆盘一起作匀速圆周运动。

三、受力分析应注意的问题

受力分析时首先要确定研究对象,即据题意弄清楚哪一个是受力物体。然后采用“隔离法”分析其他物体对研究对象的作用力。再按照先重力,然后环绕物体一周找出跟研究对象接触的物体,并逐个分析这些物体对研究对象的弹力和摩擦力,最后分析其他场力(如电场力,磁场力等)。画物体受力图,如果没有特殊要求,画示意图即可。但在受力分析时应注意以下的问题。

(1)深刻理解“确定研究对象”的含义。只分析研究对象所受的力,研究对象对其他物体的力就不是该物体所受的力,即要明确任务。

(2)防止“漏力”和“添力”。按正确顺序进行受力分析可防止“漏力”,注意寻找施力物体可防止“添力”,找不出施力物体的力是不存在的。

(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,因此在分析物体受力时,不要画出“合力”、“分力”的图示。

(4)只分析根据力的性质命名的力(如重力、弹力、摩擦力等),不分析根据效果命名的力(如下滑力、离心力等)。

(5)物体受力情况与运动情况必须相符。所以分析物体受力时,可以通过分析受力情况与运动情况是否相符,来粗略地判断此分析是否正确。

(6)为了使问题简化,常要忽略某些次要的因素,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。

(7)要灵活运用整体法和隔离法。

(8)画力的示意图时,力的作用点可沿力的作用线移动,即在高中阶段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。

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