【正文】 第 1 頁(yè) 共 26 頁(yè) 高中物理 1難點(diǎn)強(qiáng)行突破 ? 難點(diǎn)之一 物體受力分析 一、難點(diǎn)形成原因： 力是物體間的相互作用。受力分析時(shí)，這種相互作用只能憑著各力的產(chǎn)生條件和方向要求，再加上抽象的思維想象去畫(huà)，不想實(shí)物那么明顯，這對(duì)于剛升入高中的學(xué)生來(lái)說(shuō)，多習(xí)慣于直觀形象，缺乏抽象的邏輯思惟，所以形成了難點(diǎn)。 有些力的方向比較好判斷，如：重力、電場(chǎng)力、磁場(chǎng)力等，但有些力的方向難以確定。如：彈力、摩擦力等，雖然發(fā)生在接觸處，但在接觸的地方是否存在、方向如何卻難以把握。 受力分析時(shí)除了將各力的產(chǎn)生要求、方向的判斷方法熟練掌握外 ，同時(shí)還要與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)相聯(lián)系，這就需要一定的綜合能力。由于學(xué)生 對(duì)物理知識(shí)掌握不全，導(dǎo)致綜合分析能力下降，影響了 受力分析準(zhǔn)確性和全面性。 教師的教學(xué)要求和教學(xué)方法不當(dāng)造成難點(diǎn) 。 教學(xué)要求 不 符合學(xué)生的實(shí)際，要求過(guò)高，想一步到位，例如：一開(kāi)始就給學(xué)生講一些受力個(gè)數(shù)多、且又難以分析的物體的受力情況等。這樣勢(shì)必在學(xué)生心理上會(huì)形成障礙 。 二、難點(diǎn)突破策略： 物體的受力情況決定了物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，正確分析物體的受力，是研究力學(xué)問(wèn)題的關(guān)鍵。受力分析就是分析物體受到周?chē)渌矬w的作用。為了保證分析結(jié)果正確，應(yīng)從以下幾個(gè)方面 突破難點(diǎn)。 ： 整體法和隔離法 ： 各種性質(zhì)力的產(chǎn)生條件及各力方向的特點(diǎn) 步驟 ： 為了在受力分析時(shí)不多分析力，也不漏力，一般情況下按下面的步驟進(jìn)行： （ 1） 確定研究 對(duì)象 — 可以是某個(gè)物體也可以是整體。 （ 2）按順序畫(huà)力 整體法 隔離法 概念 將幾個(gè)物體作為一個(gè)整體來(lái)分析的方法 將研究對(duì)象與周?chē)矬w分隔開(kāi)的方法 選用原則 研究系統(tǒng)外的物體對(duì)系統(tǒng)整體的作用力 研究系統(tǒng)內(nèi)物體之間的相互作用力 注意問(wèn)題 分析整體周?chē)渌矬w對(duì)整體的作用。而不畫(huà)整體內(nèi)部物體間的相互作用。 分析它受到周?chē)渌矬w對(duì)它的作用力 第 2 頁(yè) 共 26 頁(yè) a．先畫(huà)重力：作用點(diǎn)畫(huà)在物體的重心，方向豎直向下。 b．次畫(huà)已知力 c． 再畫(huà)接觸力 — （彈力和摩擦力）：看 研究 對(duì)象跟 周?chē)?其他物體有幾個(gè)接觸點(diǎn)（面），先對(duì)某個(gè)接觸點(diǎn)（面）分析，若有擠壓，則畫(huà)出彈力，若還有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，則再畫(huà)出摩擦力。分析完一個(gè)接觸點(diǎn)（面）后，再依次分析其他的接觸點(diǎn)（面）。 d．再畫(huà)其他場(chǎng)力：看是否有電、磁場(chǎng)力作用，如有則畫(huà)出。 （ 3） 驗(yàn)證： a．每一個(gè)力都應(yīng)找到對(duì)應(yīng)的施力物體 物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)。 說(shuō)明： （ 1） 只分析 研究對(duì)象 受的 根據(jù)性質(zhì)命名的 實(shí)際 力 (如：重力、彈力、摩擦力 等 )，不畫(huà)它對(duì)別的物體的作用力。 （ 2） 合力和分力不能同時(shí)作為物體所受的力 。 （ 3）每一個(gè)力都應(yīng)找到施力物體， 防止 “漏力 ”和 “添力 ”。 （ 4）可看成質(zhì)點(diǎn)的物體，力的作用點(diǎn)可畫(huà)在重心上，對(duì)有轉(zhuǎn)動(dòng)效果的物體，則力應(yīng)畫(huà)在實(shí)際位置上。 （ 5） 為了使問(wèn)題簡(jiǎn)化，常忽略某些次要的力 。 如物體速度不大時(shí)的空氣阻力 、 物體在空氣中所受的浮力 等。 （ 6） 分析物體受力時(shí)，除了考慮它與周?chē)矬w的作用外，還要考慮物體的運(yùn)動(dòng)情況 (平衡狀態(tài)、加速或減速 )，當(dāng)物體的運(yùn)動(dòng)情 況不同時(shí)，其情況也不同。 4. 受力分析的 輔助手段 （ 1）物體的平衡條件（共點(diǎn)力作用下物體的平衡條件是合力為零） （ 2） 牛頓第二定律（物體有加速度時(shí)） （ 3） 牛頓第三定律（內(nèi)容：兩個(gè)物體之間的作用力和反作用力總是大小相等，方向相反，作用在一條直線上） ： （ 1） 多畫(huà)力。 ，錯(cuò)將其他物體受到的力畫(huà)入。 ，將不存在的力畫(huà)入。 和 分力重復(fù)畫(huà)入。 要防止多畫(huà)力。第一，徹底隔離研究對(duì)象。第二，每畫(huà)一個(gè)力要心中默念受力物體和施力物體。 (2) 少畫(huà) 力。 少畫(huà)力往往是由受力分析過(guò)程混亂所致，因此 。 ，所有接觸點(diǎn)都要分析到。 (3) 錯(cuò)畫(huà)力。即把力的方向畫(huà)錯(cuò)。防范辦法是要按規(guī)律作 三、分類(lèi)例析 1．彈力有、無(wú)的判斷 彈力的產(chǎn)生條件是接觸且發(fā)生彈性形變。但有的形變明顯，有的不明顯。那么 如何判斷相互接觸 的 物體間有無(wú)彈力？ 法 1： “假設(shè)法” ，即 假設(shè)接觸物體撤去，判斷研究對(duì)象是否 能 維持現(xiàn)狀。若維持現(xiàn)狀則接觸物體對(duì)研究對(duì)象沒(méi)有彈力，因?yàn)榻佑|物體使研究對(duì)象維持現(xiàn)狀等同于沒(méi)有接觸物， 即接觸物形同虛設(shè)，故沒(méi)有彈力。若 不能維持現(xiàn)狀則有彈力，因?yàn)榻佑|物撤去隨之撤去了應(yīng)該有的彈力，從而改變了研究對(duì)象的現(xiàn)狀?？梢?jiàn)接觸物對(duì)研究對(duì)象維持現(xiàn)狀起著舉足輕重的作用，故有彈力。 例 1： 如圖所示，判斷 接觸面對(duì)球有無(wú) 彈力，已知球靜止，接觸面光滑。 a b 第 3 頁(yè) 共 26 頁(yè) 【審題】 在 a、 b圖中，若 撤去 細(xì)線，則球都將下滑，故細(xì)線中均有拉力 , a 圖中 若撤去 接觸面， 球仍 能 保持原來(lái)位置不動(dòng) ， 所以 接觸面對(duì) 球沒(méi)有彈力 ； b 圖中 若撤去斜面 ， 球就不 會(huì) 停在原位置 靜止 ，所以斜面對(duì)小球有支持力 。 【解析】 圖 a中接觸面對(duì) 球沒(méi)有彈力 ；圖 b中 斜面對(duì)小球有支持力 法 2：根據(jù)“物體的 運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”分析 彈力 。 即可以先假設(shè)有 彈力 ，分析是否符合物體所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)?；蛘哂晌矬w所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)反推 彈力 是否存在?？傊矬w的受力必須與物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)符合。同時(shí)依據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，由二力平衡（或牛頓第二定律）還可以列方程求解 彈力 。 例 2： 如圖所示，判斷 接觸面 MO、 ON 對(duì)球有無(wú) 彈力，已知球靜止，接觸面光滑。 【審題】 圖中球由于受重力，對(duì)水平面 ON 一定有擠壓，故水平面 ON 對(duì)球一定有支持力， 假設(shè) 還受到斜面 MO 的 彈力 ，如圖 1— 3 所示，則球?qū)⒉粫?huì)靜止，所以 斜面 MO 對(duì)球沒(méi)有彈力 。 【解析】 水平面 ON對(duì)球有支持力， 斜面 MO對(duì)球沒(méi)有彈力 。 再如例 1 的 a 圖中，若斜面對(duì) 球有彈力 ，其方向應(yīng)是垂直斜面且指向球，這樣球也不會(huì)處于靜止?fàn)顟B(tài)，所以斜面對(duì) 球 也沒(méi)有 彈力 作用。 【總結(jié)】 彈力 有、無(wú) 的判斷是難點(diǎn)，分析時(shí)常用 “假設(shè)法” 并結(jié)合 “物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)”分析。 彈力 是 發(fā)生彈性形變的物體由于要恢復(fù)原狀， 而 對(duì)它接觸的物體產(chǎn)生的力的作用 。所以 彈力的方向?yàn)?物體 恢復(fù)形變的方向。 平 面與 平 面 、點(diǎn)、曲面 接觸 時(shí) ，彈力方向垂直 于平 面 ，指向被壓或被支持的物體； 曲面與點(diǎn) 、曲面 接觸時(shí)，彈力方向垂直于過(guò) 接觸 點(diǎn)的 曲面的 切面 ， 特殊的曲面，如圓面時(shí)， 彈力方向 指圖 1— 2 圖 1— 3 第 4 頁(yè) 共 26 頁(yè) 向圓心。 彈力方向與重心位置無(wú)關(guān) 。 繩子的彈力方向 為： 沿著繩子 且指向繩子收縮 的方向；且同一條繩子內(nèi)各處的彈力相等 桿 產(chǎn)生的彈力方向 比較復(fù)雜，可以沿桿指向桿伸長(zhǎng)或收縮的方向，也可不沿桿，與桿成一定的夾角。 例 3： 如圖 1— 4 所示，畫(huà)出 物體 A 所受的彈力 a 圖中物體 A 靜止在斜面上 b 圖中桿 A 靜止在光滑的半圓形的碗中 c 圖中 A 球光滑 O 為圓心， O＇為重心。 【審題】 圖 a 中接觸處為面面接觸，由于物體受重力作用，會(huì)對(duì)斜面斜向下擠壓，斜面要恢復(fù)形變，應(yīng)垂直斜面斜向上凸起， 對(duì)物體有垂直斜面且指向物體斜向上的彈力。 圖 b 中 B 處為點(diǎn)與曲面接觸，發(fā)生的形變?yōu)檠匕霃椒较蛳蛲獍?，要恢?fù)形變就得沿半徑向上凸起， C 處為點(diǎn)與平面接觸， C 處碗的形變的方向?yàn)樾毕蛳聣?，要恢?fù)形變就得沿垂直桿的方向向上，所以 B 處桿受的彈力為垂直過(guò)接觸點(diǎn)的 切面 沿半徑指向圓心， C 處桿受的彈力為垂直桿向上。 圖 c 中接觸處為點(diǎn)與曲面接觸，發(fā)生的形變均為沿半徑分別向下凹，要恢復(fù)形變就得沿半徑方向向上凸起，所以在 M、 N 兩接觸處對(duì) A 球的彈力為垂直過(guò)接觸點(diǎn)的切面沿半徑方向向上，作用線均過(guò)圓心 O，而不過(guò)球的重心 O＇。 【解析】 如 圖 1— 5 所示 【總結(jié)】 彈力的 方向 為 物體 恢復(fù)形變的方向。分析時(shí)首先應(yīng)明確接觸處發(fā)生的形變是怎樣的，恢復(fù)形變時(shí)應(yīng)向哪個(gè)方向恢復(fù)。另外應(yīng)記住 平 面與 平 面 、點(diǎn)、曲面 接觸 ， 曲面與點(diǎn) 、曲面 接觸 ， 繩 、桿 彈力 方向 的特點(diǎn)，才能得以正確分析。 例 4： 如圖 1— 6 所示，小車(chē)上固定著一根彎成α角的曲桿，桿的另一端固定一個(gè)質(zhì)量為 m的球，試分析下列情況下桿對(duì)球的彈力的大小和方向：（ 1）小車(chē)靜止；（ 2）小車(chē)以加速度 a水平向右運(yùn)動(dòng)；（ 3）小車(chē)以加速度 a 水平向左運(yùn)動(dòng)。 圖 1— 4 a b c 圖 1— 5 a b c 圖 1— 6 圖 1— 7 第 5 頁(yè) 共 26 頁(yè) 【審題】 此題桿對(duì)球的彈力與球所處的運(yùn)動(dòng)狀態(tài) 有關(guān)。分析時(shí)應(yīng)根據(jù)不同的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)具體分析。（ 1） 小車(chē) 靜止時(shí)，球處于平衡狀態(tài)，所受合外力為零，因重力豎直向下，所以桿對(duì)球的彈力 F 豎直向上，大小等于球的重力 mg，如圖 1— 7 甲所示。 （ 2）當(dāng) 小 車(chē)向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，因球只受彈力和重力，所以由牛頓第二定律 F=ma 得，兩力的合力一定是水平向右。由平行四邊形法則得，桿對(duì)球的彈力 F 的方向應(yīng)斜向右上方，設(shè)彈力 F 與豎直方向的夾角為θ，則由三角知識(shí)得： F= （ mg） 2+（ ma） 2 tanθ =a/g 如圖 1— 7 乙所示。 （ 3）當(dāng)小車(chē)向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí) ，因球只受彈力和重力，所以由牛頓第二定律 F=ma 得，兩力的合力一定是水平向左，由平行四邊形法則得，桿對(duì)球的彈力 F 的方向應(yīng)斜向左上方，設(shè)彈力 F 與豎直方向的夾角為θ，則由三角知識(shí)得： F= （ mg） 2+（ ma） 2 tanθ =a/g 如圖 1— 7 丙所示 可見(jiàn)，彈力的方向與小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度的大小有關(guān)，并不一定沿桿的方向。 【解析】 （ 1） 球處于平衡狀態(tài)， 桿對(duì)球產(chǎn)生的彈力方向豎直向上，且大小等于球的重力mg。 （ 2） 當(dāng) 小 車(chē)向右加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，球受合力方向一定是水平向右， 桿對(duì)球的 彈力方向應(yīng)斜向右上方 ，與小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度的大小有關(guān)，其方向與豎直桿成 arctan a/g 角，大小等于（ mg） 2+（ ma） 2 。（ 3）當(dāng)小車(chē)向左加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，球受合力方向一定是水平向左， 桿對(duì)球的 彈力方向應(yīng)斜向左上方，與小車(chē)運(yùn)動(dòng)的加速度的大小有關(guān)，其方向與豎直桿成 arctan a/g角，大小等于 （ mg） 2+（ ma） 2 。 【總結(jié)】 桿對(duì)球的彈力 方向不一定沿桿，只有當(dāng)加速度向右且 a= gtanθ時(shí)，桿對(duì)小球的彈力才沿桿的方向，所以在分析物體與桿固定連接或用軸連接時(shí)，物體受桿的彈力方向應(yīng)與 運(yùn) 動(dòng)狀態(tài)對(duì)應(yīng)并 根據(jù)物體平衡條件或牛頓第二定律求解。 3．判斷摩擦力的有、無(wú) 摩擦力 的 產(chǎn)生條件 為：（ 1）兩 物體相互接觸 ，且 接觸面粗糙 ；（ 2） 接觸面 間有擠壓；（ 3）有 相對(duì)運(yùn)動(dòng) 或 相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 例 5： 如圖 1— 8 所示， 判斷下列幾種情況下物體 A 與 接觸面 間 有、無(wú)摩擦力。 圖 a 中物體 A 靜止 圖 b 中物體 A 沿豎直面下滑， 接觸面粗糙 圖 c 中物體 A 沿光滑斜面下滑 圖 d 中物體 A 靜止 【審題】 圖 a 中物體 A 靜止，水平方向上無(wú)拉力，所以物體 A 與接觸面間無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，所以無(wú) 摩擦力產(chǎn)生； 圖 b 中物體 A 沿豎直面下滑時(shí)，對(duì)接觸面 無(wú)壓力，所以不論接觸面是否光滑都無(wú) 摩擦力產(chǎn)生； 圖 c 中接觸面間光滑，所以無(wú) 摩擦力產(chǎn)生； 圖 d 中物體 A靜止，由于重力作用，有相對(duì)斜面向下運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以有靜 摩擦力產(chǎn)生。 【解析】 圖 a、圖 b、圖 c 中無(wú) 摩擦力產(chǎn)生， 圖 d 有靜 摩擦力產(chǎn)生。 【總結(jié)】 判斷摩擦力的有、無(wú)，應(yīng)依據(jù) 摩擦力 的 產(chǎn)生條件 ，關(guān)鍵是看有沒(méi)有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或圖 1— 8 第 6 頁(yè) 共 26 頁(yè) 相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。 4．摩擦力的方向 摩擦力的方向 為 與接觸面相切 ， .與物體 間 的相對(duì)運(yùn)動(dòng)方向 或相對(duì) 運(yùn)動(dòng)趨勢(shì) 的 方向相反 。但相對(duì) 運(yùn)動(dòng)趨