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問題的關鍵環(huán)節(jié)。它就像是解開力學謎題的鑰匙，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，能夠為后續(xù)運用牛頓定律等知識解決問題奠定基礎。例如，在研究物體的運動狀態(tài)改變（加速、減速、轉彎等）或者物體處于靜止狀態(tài)的原因時，都需要先進行準確的受力分析。

二、常見的力

（一）重力（G）

產生原因

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

計算公式為，其中是物體的質量，是重力加速度，通常取（在粗略計算時，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

物體的重心。對于質量分布均勻、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角線的交點。

（二）彈力（F）

產生原因

物體由于發(fā)生彈性形變而產生的力。例如，當我們拉伸或壓縮彈簧時，彈簧會產生彈力；當一個物體放在桌面上，桌面發(fā)生微小形變，會對物體產生向上的彈力（支持力）。

大小

在彈性限度內，彈簧的彈力大小遵循胡克定律，其中是彈簧的勁度系數，是彈簧的伸長量或壓縮量。對于其他彈力，其大小要根據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

在物體間的接觸面上。

（三）摩擦力（f）

產生原因

兩個相互接觸的物體，當它們要發(fā)生或已經發(fā)生相對運動時，在接觸面上會產生一種阻礙相對運動的力。

大小

滑動摩擦力的大小計算公式為，其中是動摩擦因數，它與接觸面的粗糙程度有關，是接觸面間的壓力。靜摩擦力的大小要根據物體的受力情況和運動狀態(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運動或相對運動趨勢的方向相反。例如，人向前走路時，地面給人的摩擦力方向是向前的，因為人的腳相對于地面有向后的運動趨勢。

作用點

在物體間的接觸面上。

三、受力分析的步驟

（一）明確研究對象

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

可以把研究對象用簡單的圖形表示出來，如一個方塊代表物體，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，因為重力是地球對物體的作用，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，看物體是否有相對運動或相對運動趨勢，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，會受到與運動方向相反的滑動摩擦力。

（三）檢查受力情況

檢查畫出的力是否符合物體的運動狀態(tài)。如果物體處于靜止狀態(tài)或勻速直線運動狀態(tài)，那么物體所受合力為零。例如，一個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。

檢查每個力的施力物體是否明確。每個力都應該有明確的施力物體，不能憑空出現力。比如，不能說物體受到一個沒有來源的 “向上的力”，而應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，一個質量為的物體靜止在水平桌面上。

研究對象是這個物體。

它受到的力有：重力，方向豎直向下；桌面對它的支持力，方向豎直向上。因為物體靜止，根據二力平衡條件，。

如果在物體上施加一個水平向右的拉力，但物體仍然靜止。

此時物體除了受到重力和支持力外，還受到拉力，方向水平向右；同時由于物體有向右運動的趨勢，所以還受到一個水平向左的靜摩擦力，且。

（二）物體在斜面上

一個物體靜止在斜面上。

研究對象是斜面上的物體。

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，所以還受到一個沿斜面向上的靜摩擦力。

根據力的分解，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。根據物體靜止，可得，。

如果物體在斜面上勻速下滑。

此時物體受到的力依然是重力、支持力和摩擦力，不過此時是滑動摩擦力，且。因為物體勻速下滑，根據二力平衡條件，在沿斜面方向有，在垂直斜面方向有，從而可以求出動摩擦因數。

（三）物體在繩子拉力作用下

例如，用繩子懸掛一個物體。

研究對象是被懸掛的物體。

它受到的力有：重力，方向豎直向下；繩子對它的拉力，方向豎直向上。因為物體靜止，所以。

如果用繩子拉著物體在水平面上勻速運動。

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；還受到一個與拉力方向相反的滑動摩擦力，且。