很多同学在碰到需要进行受力分析的情况时, 就会感到特别慌张, 明明看到的题目觉得并不是有多难, 可是把图一画出来就显得乱糟糟的, 方向要是稍微标志一下就容易出错, 实际上高中物理这门学科里的受力分析这部分内容, 并不主要依靠那种直接硬算的办法, 而是需要依赖一套非常清晰明确的方法论, 先去搞清楚物体在某个具体的情景中到底受了哪些方面的力这件事。
一、先抓住受力分析的本质
在受力分析中, 最要紧的事儿并不是急着去写公式, 而是要先把这个物体的周围有哪些作用力作用在它身上给判断清楚, 高中学生最常碰见的几种力包括了重力、支持力、拉力、摩擦力、压力和弹力这些, 只要你把这几类不同的力给分清楚了, 那么往后的解题过程就会顺利好多了。
很多同学在考试中丢掉分数, 他们并没有出现计算能力不足的情况, 导致他们失分的原因实际上是漏掉了需要画的力, 或者把力的方向画错了, 又或者是胡乱地画上一些没有依据的力。
比如有人把支持力和压力这两种不同的力混为一谈, 还有人把摩擦力的方向给画反了, 更有甚者直接忽略了“只有接触的地方才会有弹力产生”以及“只有在存在相对运动趋势的情况下才需要考虑摩擦力”这些基础性的判断规则。
进行受力分析时, 首要的步骤永远是先去确定研究对象是谁, 接着去观察该对象与周围有哪些接触点, 最后再根据具体情况来判断各个力的方向到底是什么。
核心公式本身并不复杂: 合力与运动状态的关系, 最终都要回到牛顿第二定律。但在真正做题前, 你必须先完成“受力图”这一步。也就是说, 公式负责计算, 画图负责定位, 二者缺一不可。
二、画图前先做三件事
关于第一件事而言, 其核心任务是明确研究对象这一事宜。在一些题目之内, 可能会涉及到木块这样的物体、斜面这样的结构、滑轮这样的装置或者是连接体这样的情况, 然而针对不同对象的情况下, 受力状况是完全不同的。
所以请不要在起始阶段就将整个系统与某个单体之间混为一起进行考虑。应当先自我质问: 现在我所研究的对象到底是“哪一个”?
关于第二点, 就是要去判断那个物体的状态, 到底是处于静止的状态, 还是在匀速运动，或者是加速运动, 又或者是在快要滑动的边缘。因为状态各不相同, 所以受力情况的判断方法也不一样。比如说, 物体保持静止这个事实, 并不等同于它完全没有受到摩擦力的影响。
再比如, 物体在做匀速运动的情况, 也不意味着它所受到的合力就一定不存在, 这只是在说明力和它的运动状态之间存在着某一种对应的关系而已。只要把这种状态给判断清楚了, 那么许多力的方向也就能够顺着逻辑的顺序被推导出来了。
第三件事, 就是去找那个接触的界面以及相互之间的作用关系, 咱们先把这个事儿给理明白, 在接触面那里, 通常来说会存在着支持力这个东西, 或者摩擦力、压力或者是弹力也都在其中, 而对于像绳子、弹簧, 还有轻杆这类用来连接的部件而言, 它们往往可以提供拉力, 或者说提供弹力, 与此同时, 地球这边始终是稳稳地提供着重力的, 大家要知道, 接触这一点是判断物体到底受力了没一个非常重要的前提条件, 而后来的方向问题, 那才是分析过程中最最关键的地方。
三、常见四类力怎么画
重力总是呈现出竖直向下的这种状态, 它的作用点位处在物体的重心附近位置, 这一点构成了最为稳妥也最难以出差错的部分。
许多学生会误把重力的图示画成顺着斜坡延伸的样子, 事实上无论该物体放置的角度发生了何种变动, 重力的指向都始终保持一致, 不会发生变换。只有牢牢坚守这一项基本内容, 基础类型的分数才算得到了保障, 不容易出现丢失的现象。
支持力的这个方向, 总是垂直于接触面, 并且指向那个物体本身。它绝不是想当然就直接竖直向上, 而是与接触面的具体情况有关系的。
如果物体是被放在斜面上, 那支持力就会垂直于斜面；只有当物体是放在水平面上的时候, 支持力才是真正意义上的竖直向上。如果把支持力的方向给搞错了, 那么后面所有的分解步骤都会跟着出错。
学习摩擦力方向的时候, 大家最容易卡壳的地方就是理解这个概念。它的作用总是去阻碍物体之间发生的相对运动, 或者去阻碍那种想要发生但还没有发生的相对运动趋势, 这一点和简单地认为它要和速度方向相反是完全不一样的。
要是你发现物体有了往右边滑动的这种倾向, 那摩擦力的表现就有可能是朝着左边的；再说一个情况, 万一只是存在着这种滑动的倾向, 而实际上物体还没真的动起来, 这时候静摩擦力照样是实实在在地存在的。
所以大家一定要牢牢地记住一句话, 那就是在面对摩擦力的时候, 看重的应该是那个潜在的运动趋势, 而不是被表面上看起来的速度样子给迷惑了。
拉力这种力, 还有弹力这种力, 它们经常会在绳子、弹簧还有细杆这些地方冒出来。那咱们得知道, 绳子, 它只能被拉, 不能被推, 所以拉力的方向, 就是顺着绳子去指向绳子的另外一头的意思, 而弹簧产生的弹力, 它是跟这个形变的方向有关系的。
如果题目里头给了“轻绳”这个说法, 又或者给了“轻弹簧”这种描述的话, 那么通常的意思就是指着这个东西自己的质量是可以不用去管的, 也就是可以直接忽略掉不计的, 这样一来做受力分析这件事儿就可以弄得更简单点儿了, 但是, 判断那个力的方向这一步, 是绝对不可以省掉的这一点, 必须得记住。
四、斜面题要先分解
在高中物理里面, 斜面类的题目可以说是特别容易让大家掉坑里面的一个种类。有好些个学生在看到有关于斜面的问题时, 第一反应就非常着急, 急急忙忙就把重力给拆分开变成了两个分力。
可实际上呢, 更关键的一步应该是先老老实实地把那些真实的受力情况都画出来, 然后再去判断到底是不是需要把这些力进行分解处理。所以大家要明白, 分解力量这个动作并不是解决问题的起始点。真正的起始点毫无疑问是对物体受力情况进行仔细分析这一环节。
在斜面之上, 最常见的力有重力、支持力、摩擦力。有些题目还会加上拉力或外力。你不需要一开始就把所有量算出来, 只要先把每个力画到位, 再看题目要求什么方向的运动变化, 就能决定后续怎么处理。
有一个比较实用的习惯是需要你注意到的, 那就是先画出“真实力”, 然后再去看一看“分量需求”是怎么样的。
举例来说的话, 假如题目问的是沿着斜面方向的运动情况, 这时候你才能够考虑把重力拆分成沿斜面方向的部分；如果是要求解支持力的变化问题的话, 那么更应当去关注那个垂直于斜面方向的平衡关系是什么样子的。
通过这样做的方法去进行分析处理, 整个人的思路会变得更加统一连贯一些, 从而也就更不容易导致头脑混乱的情况出现了。
五、连接体别急着合并
在处理连接体问题的时候, 大家经常犯的一个错误就是简单地把两个物体当成一个单一的物体来看待。其实呢, 分析整个系统的力图和仅针对单个物体的受力情况, 它们的用处是完全不一样的。
使用整体法能够让人快速地看清楚外部力量之间的关系是什么样的；而单独拿出来看某一个物体, 则是为了去细致地分析那些内部存在的拉力、摩擦力等等细节内容。所以在解题的过程当中, 必须把这两种方法配合起来一起使用, 绝对不能够让他们互相取代掉彼此的作用。
比如说, 有两个木块, 这两个木块是用细绳连在一起的, 有一个木块被拉动之后, 另一个木块就跟着运动了。你先去画一画每个木块各自受到了哪些力, 然后再去看绳子提供的拉力是怎么传递的。
先分析单个物体、再分析整体, 先分析外力、再分析内力, 这就是解决连接体问题的一般的思路。很多同学在刚开始的时候就想直接统一进行分析和计算, 结果反而把内部的相互作用力给漏掉了。
这里有一个非常重要的地方需要大家格外去注意, 那就是作用力和反作用力, 这一对力绝对不是一对能够在同一个物体上面互相抵消的力, 因为它们实际上是分别作用在两个不同的物体上面的, 所以在进行画图操作的时候, 千万不要糊涂地把它们当成是在同一个受力分析图里面的平衡力来看待, 这种类型的错误在涉及到连接体以及绳子的这些相关物理问题里面是非常常见的一种情况, 如果在最开始的时候就提前避免掉这个坑, 那就可以非常直接地让你的答题正确率得到明显的提升。
六、用一句话检查受力图
在完成作图之后, 请不要着急去下结论, 一定要先开展一项基础性的验证工作, 具体而言, 就是确认这个物体是否将“所有应该存在的力都进行了描绘”? 每一个力的方向安排, 是否符合大家普遍认可的物理常识?
是不是已经将接触力、拉力以及摩擦力这三者之间容易发生的混淆情况给理清了? 关于受力分析所呈现出的那种专业层面的高级感, 其核心要点并不在于图形绘制得数量多么庞大或复杂, 而在于绘制的精确程度是否能做到准确无误。
你要想要进一步地提升能力的话, 不妨把养成那种叫做题目三问的习惯当作一个办法, 具体来说就是去问研究对象到底是谁这个东西和谁有接触的这个情况还有它是否存在一种运动趋势的这个方面, 这三个问题的设立能够给予你帮助, 让你可以比较快地就锁定住受力类型的范畴, 从而避免因为依靠感觉而胡乱地去画图这种状况的产生, 在高中物理这一门学科里面, 方法论层面的内容比单纯地进行大量刷题更加重要这一点是众所周知的, 把图示正确地画出来这一行为往往就意味着你已经赢得了半数的成功机会了。
在最后你要好好记住, 受力分析它并不是一个能单独拿出来练习的技能, 它是进入整个力学知识体系的那个必须要经过的大门。
只要你把“找研究对象、观察接触部位、判断力的方向”这连续三个步骤反复训练到非常熟练的程度, 同时再把重力、支持力、摩擦力还有拉力这几种不同的力能够明确地区分开来, 那么在后期的学习之中, 像是物体平衡状态的分析、牛顿第二定律的应用、斜面情形下的问题以及连接体问题等等, 处理起来都会变得轻松许多。
如果你还想要知道其他高中物理里面经常出现的题型在进行受力分析时该用什么方法, 那就通过留言的方式告诉一下大家吧。