探究受力分析方法在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的運(yùn)用

楊旦軍

【摘要】本文首先對(duì)受力分析方法作了簡(jiǎn)要的概括；隨后，通過實(shí)例對(duì)物體在不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的受力情況進(jìn)行系統(tǒng)分析，從中探究受力分析方法在運(yùn)動(dòng)學(xué)中的運(yùn)用，希望能為該領(lǐng)域關(guān)注者提供有益參考。

【關(guān)鍵詞】受力分析 分析方法 靜止 勻速 勻變速

【中圖分類號(hào)】G633.7 【文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼】A 【文章編號(hào)】2095-3089（2019）06-0023-01

一、常見的物體受力分析方法

1.觀察法

觀察法是運(yùn)動(dòng)學(xué)中物體受力分析時(shí)，最常見的分析方法之一。對(duì)于較為簡(jiǎn)單的運(yùn)動(dòng)類型題目或者單純運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的物體，都可以通過直接觀察，把一些明顯的受力作出來。

2.隔離法

隔離法在運(yùn)動(dòng)物體的受力分析中，研究的重點(diǎn)是將物體和整體進(jìn)行隔離研究。通過“分析與忽略”的方式，對(duì)被研究物體所在環(huán)境中的受力情況進(jìn)行分析，對(duì)非研究物體的受力情況和被研究物體內(nèi)部的作用力等都保持忽略不計(jì)的狀態(tài)。此種受力分析與研究方法，可以有效地排除研究中的干擾項(xiàng)，優(yōu)化分析的效果。

3.整體法

整體分析方法主要是針對(duì)研究過程中，部分研究對(duì)象與其他非研究對(duì)象處于整體狀態(tài)，或者相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。此種情況下，對(duì)不同物體之間的內(nèi)在作用忽略不計(jì)，通過整體受力分析的方式進(jìn)行研究的方法為整體分析方法。整體分析方法在實(shí)際應(yīng)用中，可以將相互獨(dú)立的物體在一起運(yùn)動(dòng)時(shí)的受力情況進(jìn)行研究，減少分析中出現(xiàn)失誤的情況。

4.假設(shè)法

在受力分析中，還有一種重要的方法就是假設(shè)法。假設(shè)法是對(duì)一些模糊不清、似有似無的力，先假設(shè)這個(gè)力存在，看能否與物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相符，若相符，則這個(gè)力存在，若不相符，則這個(gè)力不存在。假設(shè)法在受力分析中起到了驗(yàn)證的作用。

二、不同運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的物體受力分析

1.靜止?fàn)顟B(tài)下的受力分析

對(duì)于圖1當(dāng)中的物體A進(jìn)行受力分析時(shí)，可以應(yīng)用觀察法，物體受到的重力和擠壓力F是很容易觀察到的，物體能保持相對(duì)靜止的狀態(tài)，說明在各方向的受力是平衡的。此種情況下，根據(jù)牛頓第三定律可以得出，墻壁對(duì)物體A所產(chǎn)生的彈力與作用力F的方向相反，并且兩種力的大小相同，因此達(dá)到了相互平衡的效果。墻壁對(duì)于A的摩擦力和重力相互平衡，方向豎直向上。此種情況下，物體A可以保持相對(duì)靜止的狀態(tài)，對(duì)于物體A的全部受力狀態(tài)分析完成。

又如：【例1】如圖所示，a、b兩個(gè)質(zhì)量相同的球用線連接，a球用線掛在天花板上，b球放在光滑斜面上，系統(tǒng)保持靜止，以下圖示哪個(gè)是正確的（ ）

解釋：隔離b球進(jìn)行受力分析，受重力、斜面對(duì)其垂直向上的支持力和細(xì)線的拉力，由于三力平衡時(shí)三個(gè)力中任意兩個(gè)力的合力與第三個(gè)力等值、反向、共線，故細(xì)線拉力向右上方，故A圖錯(cuò)誤；再對(duì)ab兩個(gè)球整體受力分析，受總重力、斜面垂直向上的支持力和上面細(xì)線的拉力，再次根據(jù)共點(diǎn)力平衡條件判斷上面的細(xì)線的拉力方向斜向右上方，故C、D圖均錯(cuò)誤，故B正確。

2.勻速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的受力分析

【例2】如圖，質(zhì)量為M的楔形物塊靜置在水平地面上，其斜面的傾角為θ。斜面上有一質(zhì)量為m的小物塊，小物塊與斜面之間存在摩擦。用恒力F沿斜面向上拉小物塊，使之勻速上滑。在小物塊運(yùn)動(dòng)的過程中，楔形物塊始終保持靜止。地面對(duì)楔形物塊的支持力為（ ）

A. （M+m）g

B. （M+m）g-F

C. （M+m）g+Fsinθ

D. （M+m）g-Fsinθ

解釋：此題用整體法分析，因?yàn)殪o止和勻速都是平衡狀態(tài)，所以能把小物塊和楔形物塊作為整體來研究，又用觀察法易確定這一整體受到重力（M+m）g，拉力F，地面的支持力FN和摩擦力Ff四個(gè)力，根據(jù)平衡條件得地面對(duì)楔形物塊的支持力FN=（M+m）g-Fsinθ，故選D。

【例3】如圖所示，在拉力F的作用下，甲、乙兩物塊一起作勻速直線運(yùn)動(dòng)，問：乙對(duì)甲有摩擦力嗎？

不少學(xué)生受甲能向右運(yùn)動(dòng)的影響，認(rèn)為乙對(duì)甲有向右的摩擦力，這是錯(cuò)誤的。易判斷甲物塊受重力和支持力，這兩個(gè)力已經(jīng)相互平衡，假設(shè)還存在一個(gè)向右的摩擦力，則這三力的合力不可能為零，也就不符合平衡的條件，無法作勻速直線運(yùn)動(dòng)，因此假設(shè)不成立，乙對(duì)甲沒有摩擦力。

3.勻變速運(yùn)動(dòng)狀態(tài)下的受力分析

在例3中，若甲、乙兩物塊一起作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，乙對(duì)甲又有摩擦力嗎？此時(shí)也是可以用假設(shè)法分析的，假設(shè)存在一個(gè)向右的摩擦力，因?yàn)榧孜飰K受到的重力和支持力已相互平衡，那么向右的摩擦力就是合力了，會(huì)產(chǎn)生一個(gè)水平向右的加速度，從而能使甲物塊向右作勻加速直線運(yùn)動(dòng)，因此假設(shè)成立。 【例4】有5個(gè)質(zhì)量均為m的相同木塊，并列地放在水平地面上，如下圖所示。已知木塊與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為μ。當(dāng)木塊1受到水平力F的作用，5個(gè)木塊同時(shí)向右做勻加速運(yùn)動(dòng)，求： 第4木塊受到第3塊木塊作用力的大小。

解釋：先將5個(gè)木塊視作整體，用觀察法易確定這一整體受到重力5mg，推力F，地面的支持力FN和摩擦力Ff四個(gè)力，先運(yùn)用牛頓第二定律列式求其加速度，然后巧妙地將4、5兩木塊隔離出來，視作一整體，易確定這一整體受到重力2mg，第3塊木塊對(duì)第4塊木塊的作用力N，地面的支持力F1和摩擦力f四個(gè)力，然后運(yùn)用牛頓第二定律列式求第4木塊受到第3塊木塊作用力的大小。

通過以上的實(shí)例探究可看出，受力分析方法的運(yùn)用是靈活多變的，相同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，不同的情景之下運(yùn)用的方法也不盡相同，可以單用某種方法，也可以是多種方法的混合應(yīng)用，我們千萬不能局限于某種運(yùn)動(dòng)狀態(tài)只能使用某種分析方法，而應(yīng)對(duì)實(shí)際問題進(jìn)行合理的分析，選好合適的受力分析方法，從而達(dá)到快速準(zhǔn)確解題的效果。