唐昌琳

[摘 ? 要]靜力學中力的概念、受力分析、力的合成與分解等知識是學好動力學的基礎，有的知識內(nèi)容相對比較抽象。為了讓高一學生有效掌握這部分內(nèi)容，在實際教學中，教師可讓學生辨析基本概念規(guī)律，學會受力分析，掌握幾種解題思路方法。

[關(guān)鍵詞]高中物理;靜力學;解題思路

[中圖分類號] ? ?G633.7 ? ? ? ?[文獻標識碼] ? ?A ? ? ? ?[文章編號] ? ?1674-6058（2019）26-0032-04

在高中階段，大多數(shù)學生認為物理學科最難學，而其中最難掌握的又是與力有關(guān)的內(nèi)容。為降低初、高中物理的學習臺階，現(xiàn)行教材把靜力學內(nèi)容由原來的第一章調(diào)至第三章，放在“直線運動”之后。如何學好靜力學，為學好高中物理打下堅實基礎，是高一學生糾結(jié)的問題。其實靜力學也不是那么難學，只要切實掌握好力的概念、學會受力分析、掌握好力的合成與分解的技巧、會解決物體平衡問題就可以了。

一、辨析概念規(guī)律

（一）力的概念

力是物體與物體間的相互作用，這一概念在初中階段就已經(jīng)學過。對概念的理解不能只停留在概念的表象上，要確切理解它的內(nèi)涵。力的概念可以從以下幾個方面理解。

1.力是物體與物體的相互作用，力的出現(xiàn)是成對的，如A給B一個作用力，則B必給A一個反作用力。

2.相互作用產(chǎn)生的這一對力同時產(chǎn)生，同時消失。如人坐在板凳上給板凳一個壓力，板凳就給人一個支持力，人離開板凳，壓力消失，支持力也同時消失。

3.相互作用產(chǎn)生的這一對力大小相等，方向相反，作用在同一條直線上。

4.相互作用產(chǎn)生的這一對力一定是性質(zhì)相同的力。如A物體壓B物體的壓力與B物體支持A物體的支持力都屬于彈力。這也是相互作用力與平衡力的主要區(qū)別。

5.相互作用產(chǎn)生的這一對力分別作用在相互作用的兩個物體上，作用效果不能抵消。

6.相互作用產(chǎn)生的這一對力總是等大反向，不受運動狀態(tài)影響的。

7.力的圖示：用一條帶箭頭的線段表示力的大小、方向、作用點，線段的長度由選定的標度決定。

8.力的示意圖：只用一條帶箭頭的線段表示出力的方向、作用點。在同一示意圖中線段長度滿足大致比例即可。

9.力的作用效果：使物體發(fā)生形變或使物體運動狀態(tài)發(fā)生改變。

（二）不同性質(zhì)的力

力按相互作用的性質(zhì)分類，可分為重力、彈力、摩擦力、分子力、電磁力、核力等，在力學里面需要掌握重力、彈力和摩擦力。

1.重力：在地球上，物體的重力是由于地球?qū)ξ矬w的吸引作用而使物體所受到的力，大小為G=mg。對重力的理解需要注意以下幾個方面。

（1）物體的重力是由地球?qū)ξ矬w的吸引力而產(chǎn)生的，但重力又不一定等于地球?qū)ξ矬w的引力，原因是物體隨地球自轉(zhuǎn)需要向心力，地球?qū)ξ矬w的引力要分出一個分力提供給物體隨地球自轉(zhuǎn)做圓周運動所需的向心力，另一個分力才是重力。

（2）由于地球的自轉(zhuǎn)，在地球上同一質(zhì)量的物體的重力隨緯度的增大而增大。在兩極點（不需要隨地球自轉(zhuǎn)）最大，等于地球?qū)ξ矬w的引力。

（3）由于物體離地球越遠受到的引力越小，所以物體的重力隨著離地高度的增大而減小。

（4）當物體不需要隨地球自轉(zhuǎn)時，即物體繞地心運動成為地球的衛(wèi)星，此時物體的重力就等于地球?qū)ξ矬w的引力。

（5）在地球表面的物體，重力方向豎直向下，也可以說成垂直水平面向下。成為地球衛(wèi)星的物體的重力方向指向地心。

（6）物體重力的反作用力是由于物體對地球的吸引作用而使地球受到的力。

2.彈力：發(fā)生形變的物體，由于要恢復原狀，對與它接觸的物體產(chǎn)生力的作用，這種力叫彈力。對彈力的理解需要注意以下幾個方面。

（1）了解形變，在外力作用下發(fā)生形變后，當外力撤銷后又能完全恢復原狀的形變?yōu)閺椥孕巫?。這種形變有一個限度（彈性限度），超出這個限度后，當外力撤銷后不能完全恢復原狀，就是塑性形變了。物體形變的量有大有小，有的微小形變用肉眼不易觀察，如坐在硬木板凳上，板凳的形變用肉眼就看不見，要借助一些特殊裝置才能發(fā)現(xiàn)。

（2）兩個物體相互作用，不管產(chǎn)生的是彈性形變還是塑性形變，均有彈力產(chǎn)生。

（3）彈力的方向：一般剛體間相互作用彈力的方向總是垂直接觸面指向受力物體;物體在流體中受到浮力的方向豎直向上;繩子對物體的拉力方向沿繩子指向繩收縮的方向。

（4）彈力的大?。簞傂晕矬w間相互作用的彈力大小要根據(jù)物體的受力情況和運動狀態(tài)來確定。彈簧、彈性繩、橡皮繩在彈性限度內(nèi)的彈力大小可由胡克定律計算，表達式為 F=kx，其中k為勁度系數(shù)，x為形變量。

3.摩擦力：當一個物體在另一個物體表面有相對運動趨勢或相對運動時，另一個物體會產(chǎn)一個阻礙其相對運動（或相對運動趨勢）的力，這個力叫摩擦力。其中阻礙其相對運動趨勢的摩擦力叫靜摩擦力，阻礙其相對運動的摩擦力叫滑動摩擦力。對摩擦力的理解需要注意以下幾個方面。

（1）感受摩擦力的方向：用力把手掌壓在桌面上，然后再從小到大用力往身邊拉手掌，在沒有拉動時，手掌相對桌面有往自己身邊運動的趨勢，會感受到有一個阻礙手掌往身邊運動趨勢的力，這個力就是靜摩擦力，方向與相對運動趨勢方向相反。當拉動后，手掌相對桌面往自己身邊運動，會感受到一個阻礙這個相對運動的力，這個力就是滑動摩擦力，方向與相對運動方向相反。

（2）摩擦力的方向總是跟相對運動或相對運動趨勢方向相反，跟物體的運動方向可能相同，也可能相反，還可能垂直。即摩擦力可能成為動力，也可能成為阻力，或者成為只改變物體運動方向的力。如圖1所示，用力F拉著物體在水平面上運動，物體所受摩擦力與運動方向相反;如圖2所示，皮帶以速度v順時針轉(zhuǎn)動，把物體輕輕地放在皮帶左端，物體在摩擦力作用下向右運動，所受摩擦力方向與運動方向相同（開始物體相對皮帶是向左運動的）;如圖3所示，A、B、C三個物體相對水平轉(zhuǎn)臺靜止并隨轉(zhuǎn)臺一起勻速轉(zhuǎn)動，物體所受摩擦力方向與速度方向垂直。

（3）靜摩擦力的大小與相對運動趨勢的強弱有關(guān)，趨勢越強，靜摩擦力越大，但不會超過最大靜摩擦力Fm，即靜摩擦力大小滿足0≤F靜≤Fm。

（4）摩擦力與正壓力的關(guān)系：有壓力不一定有摩擦力，有摩擦力一定有壓力。

（5）滑動摩擦力的大小[Ff=μFN] ，其中FN為接觸面間的正壓力。

（三）基本規(guī)律

1.力的合成與分解

（1）平行四邊形定則：求兩個互成角度的共點力F1、F2的合力，可以用表示F1、F2的有向線段為鄰邊，作平行四邊形，F(xiàn)1、F2所夾對角線就是合力的大小和方向，如圖4所示。

（2）三角形定則：求兩個互成角度的共點力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的有向線段首尾相連地畫出，把F1、F2的另外兩端連接起來，則此線段就可以表示合力F的大小和方向，如圖5所示。

（3）力的分解是力的合成的逆運算，只不過力的分解要按力的作用效果來分，否則就沒有確定解。

（4）正交分解法：根據(jù)力的平行四邊形定則，把一個力分解到相互垂直的兩個方向上的方法叫正交分解法。該方法一般用于求多個力的合力，把物體受到的每一個力都分別分解到相互垂直的兩個方向上，再分別求這兩個方向上力的代數(shù)和Fx、Fy，然后用勾股定理或三角函數(shù)求合力。

2.力的合成與分解的一些特殊情況

（1）兩個共點力合力大小問題

夾角為θ=90°時，F(xiàn)合=[F21+F22]

夾角0≤θ≤90°時，（[F1+F2]）≥F合 ≥ [F21+F22]

夾角90°≤θ≤180°時，[F21+F22]≥F合 ≥ │[F1-F2]│

（2）等大的兩個共點力的合力大小問題

夾角為θ=90°時，F(xiàn)合=[2F1]

夾角為θ=120°時，F(xiàn)合=[F1=F2]

夾角0≤θ≤90°時，2[F1]≥F合 ≥[2F1]

夾角90°≤θ≤180°時，[2F1]≥F合 ≥ 0

二、學會受力分析

學會受力分析是學好物理的基礎，受力分析貫穿整個高中物理。要學會受力分析，掌握好力的產(chǎn)生條件是關(guān)鍵，具體應注意以下幾點。

1.重力分析

地球表面或地球附近的物體都會受到地球的吸引作用，大小為mg，方向豎直向下。

2.彈力分析

有形變就有彈力。分析物體所受彈力時，首先看物體與周圍有幾個接觸部位，一般有n個接觸部位，物體最多受n個彈力作用。每個接觸部位是否有彈力作用，要根據(jù)彈力的產(chǎn)生條件逐一判斷。對形變不明顯的，可使用假設法判斷。

（1）繩的彈力：一般繩不考慮其長度變化，繩對物體的作用只能是沿繩的拉力方向（不可能出現(xiàn)壓力），大小可根據(jù)需要發(fā)生突變。

（2）桿的彈力：一般不考慮桿的長度變化，桿對物體的作用可能是拉力也可能是壓力，力的方向不一定沿桿，大小可根據(jù)需要發(fā)生突變。

（3）彈簧的彈力：彈簧可伸長也可壓縮，對物體的作用可能是拉力也可能是壓力，方向一定沿彈簧軸線，只隨形變量的變化而變化，不能發(fā)生突變。

彈力的作用點一定作用在接觸面上，指向受力物體。在不考慮物體的轉(zhuǎn)動時，為研究問題方便，可把彈力平移到物體的重心處。

3.摩擦力分析

摩擦力的產(chǎn)生條件：不光滑、接觸、有壓力、有相對運動或相對運動趨勢（這四個條件缺少任意一個，摩擦力都不存在）。分析物體所受摩擦力時，首先看物體與周圍有幾個接觸部位，一般有n個接觸部位，物體最多受n個摩擦力作用。每個接觸部位是否有摩擦力作用，要根據(jù)摩擦力的產(chǎn)生條件逐一判斷。

摩擦力的作用點一定作用在接觸面上，方向與接觸面平行。在不考慮物體的轉(zhuǎn)動時，為研究問題方便，可把摩擦力平移到物體的重心處。

4.實例分析

[例1]如圖6-1所示，力F推著物體A在不光滑的豎直墻面上向上勻速運動，請畫出A的受力示意圖。

解析：在F的作用下，物體A壓緊豎直墻面，又相對墻面向上運動，所以物體受重力mg，推力F，支持力FN，摩擦力Ff四個力的作用，如圖6-2所示。

[例2]如圖7-1所示，4塊質(zhì)量均為m的磚塊被用力夾在兩塊木板中間保持靜止，試分析2號磚塊在豎直方向的受力情況。

解析：本題需要采用整體法與隔離法分析，4塊磚保持靜止，在豎直方向受到豎直向下的重力4mg，及兩塊木板給1號、4號磚豎直向上的靜摩擦力，由對稱性知這兩個靜摩擦力的大小均為2mg，如圖7-2所示。再隔離1號、2號磚，兩磚受到豎直向下的重力2mg，1號磚左側(cè)受到豎直向上的靜摩擦力2mg，所以2號與3號磚之間就不存在摩擦力，如圖7-3所示。最后隔離2號磚，其在豎直方向受力如圖7-4所示。

[例3]如圖8-1和圖8-2所示，水平力F拉著A在不光滑的水平路面上勻速前進，且A、B保持相對靜止。試分析B的受力情況。

解析：A、B做勻速運動，每個物體所受合力均為零，在圖8-1中，B物體與A物體之間不存在摩擦力，否則B的合力不為零，就不是勻速運動了，所以圖8-1中的B物體受力如圖8-3所示。在圖8-2中，A要勻速運動，B必須給其一個向左的與F等大的靜摩擦力才能實現(xiàn)，圖8-2中B受重力mg，地面支持力FN，A的壓力FNAB，A給B向右的靜摩擦力FfAB，地面的滑動摩擦力Ff ，如圖8-4所示。

[例4]如圖9-1所示，把質(zhì)量為m的貨物輕輕地放在傳送帶的下端，傳送帶把貨物運到高處，畫出貨物的受力示意圖。

解析：貨物剛放上傳送帶時速度為0，相對傳送帶向下運動，傳送帶給貨物的滑動摩擦力沿傳送帶向上，使貨物向上做加速運動，此時貨物受力如圖9-2所示。如果傳送帶足夠長，貨物加速到與傳送帶速度相等時，相對傳送帶靜止，但在重力作用下有沿傳送帶向下運動的趨勢，受到傳送帶給其沿傳送帶向上的靜摩擦力作用，受力如圖9-3所示。