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规范的受力分析是解决问题的前提

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  针对上一篇先说两句:1、昨天的《棉里藏针的牛顿运动定律》中,“棉”应改为“绵”。抱歉!2、地面不光滑的情况,不管F作用在B上还是A上,相对静止时都是有两种情况。昨天一些同学给我发来的受力分析图,还是没有严格按照我们平常所说的步聚来做,全凭感觉画图。于是我把之前关于受力分析的文拿出来,希望对大家有帮助。(声名一下:目前为止发的都是原创,时间有点紧,发现错误微星推送信息也不能更改。只好在下一期更正。我的个人网站www.malawuli.com也正在紧张的施工当中,那里可以随时更改。如果你觉得有用,请你也帮忙转发点赞。谢谢!虽然水平不高,但注明作者出处是应该的。请勿用作商业用途)好了,开始正文:
受力分析是高中物理教学的重点也是难点之一。它是处理所有力学问题的基础,也是学生学习物理这一门学科的重要门槛。跨过了解受力分析这一关,对整个高中物理的学习和学生思维能力的培养都十分有好处。因此,我们在教学过程中要注意方法,对学生进行有效的引导,让学生能很好的撑握受力分析的方法,能对处理力学问题的时候作出准确的断判。
  近年来我在教学过程中对学生采用“隔离法”进行受力分析取得了不错的效果,学生反应良好,处理问题的时候能有条不紊,不再谈力色变。掌握正确的方法和步骤,一切问题将迎刃而解。下面将谈谈我自己对受力分析的方法和步骤的一点体会:
  一、受力分析的步骤:
  1.确定研究对象,把研究对象独立出来。
  2.对研究对象进行受力分析(受力分析要按以下步骤进行,边分析边在共力点上画力的图示)
  第一步:重力
  第二步:其它力(高二以后把电场力,安培力,洛伦兹力也放在这一步)
  第三步:弹力
  第四步:摩擦力
  3.检查所画的力的示意图是否正确
  二、判断受力的方法:
  1.重力:在高中阶段我们的研究对象一般为地球表面的物体。如无特别说明,一般都受重力。重力的方向为坚直向下。故受力分析时先分析重力。
  2.其它力:在我们处理问题的过程中,往往会遇到有些题目会给出某个外力。如物体在一个拉力或推力F的作用下,做匀速或静止或匀变速的运动状态。我们暂且把这个F叫做其它力,即是题目中明确指出的外力。如题目有给出,则画出来,如无给出,则直接跳过这一步。(高二以后,将这一步骤改成电场力/洛伦兹力)
  3.弹力:我们平时所说的绳子的拉力,弹簧的弹力,压力,支持力等等都属于弹力。画弹力的图示时,要围绕物体一周,找接触点。把所有的接触点找出来以后,将会面对两个问题。一是这个接触点有没有弹力的存在。二是有弹力的接触点,弹力的方向如何。
判断有没有弹力一般为两个办法:(1)条件法:接触且相互挤压的地方有弹力,或者是接触且在接触点发生弹性形变的地方有弹力。(2)假设法:假设某接触面存在弹力,物体保持平衡,当突然把接触面撤去。物体依旧平衡则假设不成立。如若突然撤去接触面,物体不平衡,则假设成立。举例:(如图一)一个光滑金属球,受到在同一个水平面上的直角钢架两点的作用,处于静止状态。O点是球心。分析球的受力情况,画出力的图示。解析:用假设法很容易就可以知道小球所受的弹力,证明F?是不存在的。
  确定弹力是否存在以后,再来确定弹力的方向就相对容易了。一般情况下,弹力的方向有四种情况:(1)接触点是两个平面间接触的情况,这时弹力的方向与两平面垂直,指向受力物体;(2)是硬点与面接触的情况,这时弹力的方向过接触点跟接触面垂直,指向受力物体,(3)硬点与硬点间的接触。如两个曲面相接触,弹力的方向过接触点且垂直于两曲面的公切线。(4)物体与软点接触。如物体连着绳子或弹簧的情况。这时弹力的方向总是沿着绳子收缩的方向,或沿弹簧的轴线,与弹性形变的方向相反。
  4.摩擦力:其中又分为静摩擦力与滑动摩擦力。分析摩擦力时也面临接触面有没有摩擦力,如果有,方向如何的问题。
  (1)如何判断接触面有没有摩擦力
  先找有弹力的地方,因为有弹力的接触面才有可能有摩擦力。再看题意,看有弹力的接触面是否光滑。如果不光滑,再判断有没有相对运动或相对运动的趋势。则可判断该接触面有没有存在摩擦力(判断接触面是否存在静摩擦力我们也经常用假设法或根据牛顿第三定律来判断)。
  (2)摩擦力的方向
  如果是滑动摩擦力,它的方向则较为容易。与相对接触面运动的方向相反。
  如果是静摩擦力,则要判断物体相对接触面有向哪里运动的趋势,静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反。判断相对运动趋势,我们也常用假设法。先假设物体受静摩擦力的作用,保持静止状态,突然撤去静摩擦力以后,物体将会向哪个方向运动,则那个方向就是相对运动趋势的方向。(有时候判断物体的相对运动趋势方向不易判断,我们还往往分析与物体相接触的物体所受的摩擦力情况,再根据牛顿第三定律作出判断)
  举例:(如图二)一辆汽车在平直公路上,车上有一木箱,试判断下列情况中,木箱所受摩擦力的方向。当汽车由静止加速运动中时(木箱和接触面无相对滑动);此时摩擦力方向向前。当汽车刹车时(两者无相对滑动)此时摩擦力向后;汽车匀速运动时(两者无相对滑动)此时物体A不受摩擦力。

  三、综合应用举例:
  在一固定斜且粗糙的斜面上方着一物体,在一水平力F的作用下,物体A保持与斜面相对静止。求物体所受的摩擦力方向。解析:物体所受的摩擦力与F的大小有关。本题关于摩擦力有三个可能,根据受力分析的步骤对物体进行受力分析。可得物体可能不受摩擦力,也有可能受摩擦力方向沿斜面上向或沿斜面向下。要通过受力分析讨论除摩擦力以外其它力的大小关系而存在多种情况的可能性。
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麻辣高中物理 黄老师

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