初中物理受力分析專題

一、受力分析的重要性

受力分析是解決初中物理力學(xué)問題的關(guān)鍵環(huán)節(jié)。它就像是解開力學(xué)謎題的鑰匙，通過確定物體受到哪些力的作用，以及這些力的大小、方向和作用點(diǎn)，能夠?yàn)楹罄m(xù)運(yùn)用牛頓定律等知識(shí)解決問題奠定基礎(chǔ)。例如，在研究物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變（加速、減速、轉(zhuǎn)彎等）或者物體處于靜止?fàn)顟B(tài)的原因時(shí)，都需要先進(jìn)行準(zhǔn)確的受力分析。

二、常見的力

（一）重力（G）

產(chǎn)生原因

由于地球的吸引而使物體受到的力。地球附近的所有物體都受到重力作用，重力的施力物體是地球。

大小

計(jì)算公式為，其中是物體的質(zhì)量，是重力加速度，通常取（在粗略計(jì)算時(shí)，可取）。

方向

總是豎直向下，這里的 “豎直向下” 是指與水平地面垂直且指向地心的方向。

作用點(diǎn)

物體的重心。對(duì)于質(zhì)量分布均勻、形狀規(guī)則的物體，重心在其幾何中心。例如，均勻的球體的重心在球心，長方體的重心在其對(duì)角線的交點(diǎn)。

（二）彈力（F）

產(chǎn)生原因

物體由于發(fā)生彈性形變而產(chǎn)生的力。例如，當(dāng)我們拉伸或壓縮彈簧時(shí)，彈簧會(huì)產(chǎn)生彈力；當(dāng)一個(gè)物體放在桌面上，桌面發(fā)生微小形變，會(huì)對(duì)物體產(chǎn)生向上的彈力（支持力）。

大小

在彈性限度內(nèi)，彈簧的彈力大小遵循胡克定律，其中是彈簧的勁度系數(shù)，是彈簧的伸長量或壓縮量。對(duì)于其他彈力，其大小要根據(jù)物體的受力情況和平衡條件等來確定。

方向

彈力的方向與物體發(fā)生形變的方向相反。例如，壓力是一種彈力，其方向垂直于接觸面并指向被壓物體；繩子的拉力是彈力，方向沿著繩子并指向繩子收縮的方向。

作用點(diǎn)

在物體間的接觸面上。

（三）摩擦力（f）

產(chǎn)生原因

兩個(gè)相互接觸的物體，當(dāng)它們要發(fā)生或已經(jīng)發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)時(shí)，在接觸面上會(huì)產(chǎn)生一種阻礙相對(duì)運(yùn)動(dòng)的力。

大小

滑動(dòng)摩擦力的大小計(jì)算公式為，其中是動(dòng)摩擦因數(shù)，它與接觸面的粗糙程度有關(guān)，是接觸面間的壓力。靜摩擦力的大小要根據(jù)物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)狀態(tài)來確定，其大小范圍是

靜

，是最大靜摩擦力。

方向

摩擦力的方向與物體相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向相反。例如，人向前走路時(shí)，地面給人的摩擦力方向是向前的，因?yàn)槿说哪_相對(duì)于地面有向后的運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)。

作用點(diǎn)

在物體間的接觸面上。

三、受力分析的步驟

（一）明確研究對(duì)象

一般是選擇一個(gè)物體進(jìn)行受力分析，用隔離法將研究對(duì)象從周圍物體中隔離出來。例如，在分析疊放在一起的幾個(gè)物體的受力情況時(shí)，要分別把每個(gè)物體作為研究對(duì)象來分析。

可以把研究對(duì)象用簡(jiǎn)單的圖形表示出來，如一個(gè)方塊代表物體，這樣能更清晰地分析力的情況。

（二）按順序分析力

先分析重力，因?yàn)橹亓κ堑厍驅(qū)ξ矬w的作用，只要物體在地球附近，就一定受到重力。

接著分析彈力，查看物體與哪些物體接觸并且有彈性形變，從而確定彈力的有無和方向。比如，物體放在斜面上，會(huì)受到斜面給它的垂直于斜面向上的支持力。

最后分析摩擦力，看物體是否有相對(duì)運(yùn)動(dòng)或相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，來判斷摩擦力的存在與否以及方向。例如，物體在粗糙水平面上被拉動(dòng)，會(huì)受到與運(yùn)動(dòng)方向相反的滑動(dòng)摩擦力。

（三）檢查受力情況

檢查畫出的力是否符合物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)。如果物體處于靜止?fàn)顟B(tài)或勻速直線運(yùn)動(dòng)狀態(tài)，那么物體所受合力為零。例如，一個(gè)物體靜止在水平桌面上，它受到的重力和桌面的支持力大小相等、方向相反，合力為零。

檢查每個(gè)力的施力物體是否明確。每個(gè)力都應(yīng)該有明確的施力物體，不能憑空出現(xiàn)力。比如，不能說物體受到一個(gè)沒有來源的 “向上的力”，而應(yīng)該明確是桌面給物體的支持力。

四、受力分析的典型情況

（一）物體在水平面上靜止

例如，一個(gè)質(zhì)量為的物體靜止在水平桌面上。

研究對(duì)象是這個(gè)物體。

它受到的力有：重力，方向豎直向下；桌面對(duì)它的支持力，方向豎直向上。因?yàn)槲矬w靜止，根據(jù)二力平衡條件，。

如果在物體上施加一個(gè)水平向右的拉力，但物體仍然靜止。

此時(shí)物體除了受到重力和支持力外，還受到拉力，方向水平向右；同時(shí)由于物體有向右運(yùn)動(dòng)的趨勢(shì)，所以還受到一個(gè)水平向左的靜摩擦力，且。

（二）物體在斜面上

一個(gè)物體靜止在斜面上。

研究對(duì)象是斜面上的物體。

它受到的力有：重力，方向豎直向下；斜面給物體的支持力，方向垂直于斜面向上；由于物體有沿斜面下滑的趨勢(shì)，所以還受到一個(gè)沿斜面向上的靜摩擦力。

根據(jù)力的分解，重力可以分解為沿斜面向下的分力（是斜面的傾角）和垂直斜面向下的分力。根據(jù)物體靜止，可得，。

如果物體在斜面上勻速下滑。

此時(shí)物體受到的力依然是重力、支持力和摩擦力，不過此時(shí)是滑動(dòng)摩擦力，且。因?yàn)槲矬w勻速下滑，根據(jù)二力平衡條件，在沿斜面方向有，在垂直斜面方向有，從而可以求出動(dòng)摩擦因數(shù)。

（三）物體在繩子拉力作用下

例如，用繩子懸掛一個(gè)物體。

研究對(duì)象是被懸掛的物體。

它受到的力有：重力，方向豎直向下；繩子對(duì)它的拉力，方向豎直向上。因?yàn)槲矬w靜止，所以。

如果用繩子拉著物體在水平面上勻速運(yùn)動(dòng)。

物體受到重力，方向豎直向下；水平面的支持力，方向豎直向上，且；繩子的拉力，方向沿著繩子；還受到一個(gè)與拉力方向相反的滑動(dòng)摩擦力，且。