高中物理:受力分析的技巧

2019-10-12     良知修行

物體受力分析的基本步驟

1

第一步

首先要確定研究對象,可以把它從周圍物體中隔離出來,只分析它所受的力,不考慮研究對象對周圍物體的作用力

2

第二步

一般應先分析場力(重力、電場力、磁場力等)

再分析彈力。繞研究對象—周,找出研究對象跟其它物體有幾個接觸面(點),由幾個接觸面(點)就有可能受幾個彈力。然後在分析這些接觸面(點)與研究對象之間是否有擠壓,若有,則畫出彈力

最後再分析摩擦力。根據摩擦力的產生條件,有彈力的地方就有可能受摩擦力。然後再根據接觸面是否粗糙、與研究對象之間是否有相對運動或相對運動趨勢,畫出摩擦力。

記憶口訣:一重二彈三摩擦。(確保不漏力,不錯力,不添力)

3

第三步

根據力的概念、平動方程和轉動方程來檢驗所分析的全部力的合力和合力矩是否滿足題中給定物體的運動狀態。若不滿足,則一定有遺漏或多添了的力等毛病,必須重新進行分析。

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第四步

根據物體的運動或運動趨勢及物體周圍的其它物體的分布情況,分析待定力,並畫出研究對象的受力圖。

受力分析時應注意

有時為了使問題簡化,出現一些暗示的提法,如「輕繩」、「輕杆」表示不考慮繩與杆的重力;如「光滑面」示意不考慮摩擦力.



彈力表現出的形式是多種多樣的,平常說的「壓力」、「支持力」、「拉力」、「推力」、「張力」等實際上都是彈力。兩個物體相接觸是產生彈力的必要條件,但不是充分條件,也就是相接觸不一定都產生彈力。接觸而無彈力的情況是存在的。

兩個物體的接觸面之間有彈力時才可能有摩擦力。如果接觸面是粗糙的,到底有沒有摩擦力?如果有摩擦力,方向又如何?這也要由研究對象受到的其它力與運動狀態來確定。

例如:放在傾角為θ的粗糙的水平傳送帶上的物體,物體A處於靜止狀態,問物體受幾個力?從一般的受力分析方法可知物體一定受重力G,斜面支持力N和斜向上的摩擦力f。



對連接體的受力分析能突出隔離法的優點,隔離法能使某些內力轉化為外力處理,以便應用牛頓第二定律。但在選擇研究對象時一定要根據需要,它可以是連接體中的一個物體或其中的幾個物體,也可以是整體,千萬不要盲目隔離以免使問題複雜化。

受力分析時要注意質點與物體的差別。一個物體由於運動情況的不同或研究的重點不同,有時可以把物體看作質點,有時不可以看作質點,如果不考慮物體的轉動而只考慮平動,那就可以把物體看作質點。在以後運用牛頓運動定律討論力和運動的關係時均把物體認為是質點,物體受到的是共點力。

注意每分析—個力,都應找出它的施力物體,以防止多分析出某些不存在的力。例如汽車剎車時還要繼續向前運動,是物體慣性的表現,並不存在向前的「衝力」。又如把物體沿水平方向拋出去,物體做平拋運動,只受重力,並不存在向水平方向拋出的力。

注意只分析研究對象所受的力,不分析研究對象對其它物體所施的力。例如所研究的物體是A,那麼只能分析「甲對A」、「乙對A」』、「丙對A」……的力,而不能分析「A對甲」、「A對乙」、「A對丙」……的力.也不要把作用在其它物體上的力錯誤地認為通過「力的傳遞」作用在研究對象上。

例如:A、B兩物體並排放在水平面上,現用以水平恆力F推物體A,A、B兩物體一塊運動。B物體只受重力mg、地面的支持力N1,A物體對它的推力N2和地面對它的摩擦力f。而不存在推力F,不能認為F通過物體A傳遞給了B。



注意合力和分力不能同時作為物體所受的力。

注意只分析根據性質命名的力(場力、彈力、摩擦力等),不分析根據效果命名的力(向心力、下滑力、回復力等)。例如單擺在擺動過程中只受重力和繩子的拉力兩個力,而並不受回復力。

分析物體受力時,除了考慮它與周圍物體的作用外,還要考慮物體的運動情況(平衡狀態、加速或減速運動、曲線運動).當物體的運動情況不同時,其受力情況必然不同。

例如:放在水平傳送帶上的物體,隨傳送帶—起運動時,若傳送帶加速運動,物體所受的靜摩擦力向前;若傳送帶減速運動,物體所受的靜摩擦力向後;若傳送帶勻速運動,物體則不受靜摩擦力作用。



用好「三種方法」突破受力分析難點

一、用「假設法」判斷彈力的有無和摩擦力的方向

1.用「假設法」判斷彈力的有無

可以先假設有彈力存在,然後判斷是否與研究對象所處狀態的實際情況相符合.還可以設想將與研究對象接觸的物體「撤離」,看研究對象能否保持原來的狀態,若能,則與接觸物體間無彈力;若不能,則與接觸物體間有彈力.

2.判斷靜摩擦力的有無及方向,可以假設物體間接觸面光滑.根據是否發生相對滑動、向哪滑動來判斷是否存在靜摩擦力及其方向.

方法提煉

1.判斷靜摩擦力方向的方法——假設法



2.彈力有無的判斷方法

(1)條件法:根據物體是否直接接觸並發生彈性形變來判斷是否存在彈力.此方法多用來判斷形變較明顯的情況.

(2)假設法:對形變不明顯的情況,可假設兩個物體間彈力不存在,看物體能否保持原有的狀態,若運動狀態不變,則此處不存在彈力,若運動狀態改變,則此處一定有彈力.

(3)狀態法:根據物體的運動狀態,利用牛頓第二定律或共點力平衡條件判斷彈力是否存在.

(4)替換法:可以將硬的、形變不明顯的施力物體用軟的、易產生明顯形變的物體來替換,看能否維持原來的運動狀態.

二、解決動態平衡問題的方法

所謂動態平衡問題,是指通過控制某些物理量,使物體的狀態發生緩慢變化,而在這個過程中物體又始終處於一系列的平衡狀態中.解決動態平衡問題的基本思路是對物體進行受力分析,化動為靜,靜中求動.

規律總結

1.解析法:對研究對象的任一狀態進行受力分析,建立平衡方程,求出因變量與自變量的函數關係式,然後根據自變量的變化確定因變量的變化.

2.圖解法:在共點力的平衡中,有些題目中常有「緩慢」一詞,表示物體處於動態平衡.解決動態平衡類問題常用圖解法,圖解法就是在對物體進行受力分析(一般受三個力)的基礎上,若滿足有一個力大小、方向均不變,另有一個力方向不變時,可畫出這三個力的封閉矢量三角形來分析力的變化情況的方法,圖解法也常用於求極值問題.

三、整體法和隔離法在平衡問題中的應用

1.整體法是指將相互關聯的各個物體看成一個整體的方法,整體法的優點在於只需要分析整個系統與外界的關係,避開了系統內部繁雜的相互作用.

2.隔離法是指將某物體從周圍物體中隔離出來,單獨分析該物體的方法,隔離法的優點在於能把系統內各個物體所處的狀態、物體狀態變化的原因以及物體間的相互作用關係表達清楚.

3.涉及物體系的平衡問題時,一般先選整體為研究對象,研究整體所受外力的約束關係,對不能確定的力或需進一步研究整體內部的作用力時,需隔離物體研究.整體法與隔離法是高考的熱點,要引起重視.



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