物理力学

做物理力学题时如何进行受力分析?在线等

如何对物体进行受力分析解决力学问题
浙江省湖州中学 313000 厉守清
力学问题是高中物理的及其重要组成部分,对物体进行受力分析是解决力学问题的关键,是研究力学问题的重要方法。所谓受力分析就是把研究对象在给定物理环境中所受到的力全部找出来,并画出相应的受力示意图。
一、受力分析的依据
1、依据各力的产生条件和性质特点:每种力的产生条件提供了其存在的可能性,由于力的产生原因不同,形成不同性质的力,这些力又可归纳为接触力和场力,接触力(弹力和摩擦力)的确定是难点,两物体直接接触是产生弹力和摩擦力的必要条件,弹力产生原因是物体发生弹性形变,而摩擦力的产生除物体间相互挤压外还要有相对运动或相对运动趋势。对于场力,重力总是存在(除由于质量很小而忽略的情况),方向竖直向下;对于处在电场、磁场中的带电体,就要考虑是否受到电场力、磁场力等。
2、依据作用力和反作用力:一方面可以用来检验力的存在,对象所受的每个力都有施力物体和反作用力,找不到施力物体和没有反作用力的力是不存在的;另一方面,依据作用力和反作用力的关系,可灵活转换研究对象,由作用力判断出反作用力。
3、依据物体所处的运动状态:对有些力是否存在,或力的方向难以确定时,要依据物体所处的运动状态,运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断。
二、受力分析的基本程序
1、明确研究对象:亦即是确定我们要分析哪个物体的受力。选取研究对象的原则是要对问题研究尽量简便,研究对象可以是单个物体或物体的某一部分,也可以是几个物体组成的系统。
2、隔离物体分析:亦即将所确定的研究对象从周围问题中隔离出来,进而分析周围有哪些物体对它施加力的作用,方向如何,并将这些力一一画在受力图上。
3、受力分析的顺序:先重力,再接触力(弹力和摩擦力),最后场力(电场力和磁场力)。对于接触力应逐个接触面(或点)去找,有必要时要用力的概念和产生条件或假设法判断这个力是否存在。
4、进行定性检验:画出受力示意图后要进行定性检验,看一看根据你画的示意图,物体能否处于题目中所给的运动状态。
三、受力分析的注意事项
1、防止“漏力”和“添力”,按正确顺序进行受力分析时防止“漏力”的有效措施,注意寻找施力物体是防止“添力”的有效措施之一,找不出施力物体,则这个力一定不存在。
2、深刻理解“确定研究对象”的含义,题目要求分析A物体受力,那么A物体对其它物体的力就不是A所受的力。
3、画力的示意图时,力的作用点可沿力的作用线移动。
4、为了使问题简化,常要忽略某些次要因素,如轻杆、轻绳、轻滑轮等重力可以不考虑。
四、进行准确受力分析,运用恰当方法解决力学问题
1、用整体法和隔离法求解连接体问题
所谓隔离法,就是将物理问题的某些研究对象或过程、状态从系统或全过程中隔离出来进行研究的方法。隔离法有两种类型:(1)对象的隔离:即为寻求与物体有关的所求量与未知量之间的关系,将某物体从系统中隔离出来。(2)过程的隔离:物体往往参与几个过程,为求解涉及某个过程中的物理量,就必须将这个过程从全过程中隔离出来。
所谓整体法,就是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法。整体法也有两种类型:(1)整体研究物体系:当不涉及系统中某个物体的力和运动时常用。(2)整体研究运动全过程:当所求物理量只涉及运动的全过程时常用。
例1.如图1 所示,两个质量均为m的小球A、B用轻杆连接后,斜放在墙上处于平衡状态,已知墙面光滑,水平地面粗糙.现将A向上移动一小段距离,两球两次达到平衡,那么将移动后的平衡状态与原来的平衡状态比较,地面对B球的支持力和轻杆上的压力F的变化情况为( )
A.不变、F变大 B.不变、F变小
C.变大、F变大 D.变大、F变小
【解析】方法一:隔离法
本题有两个研究对象,可先分别对A球、B球隔离分析,如图2所示,由A球受力平衡可得:
将A向上移动一小段距离,即角减小,所以减小.
由B球受力平衡可得:

由以上三式得:与角无关,故不变,选B.
方法二:整体法
将A、B两球看作一整体,受力情况如图3所示,因整体静止,故在竖直方向有:,即不变;而F为整体的内力,故在整体法中得不出F的变化情况,只有对某一单体隔离受力分析后,才能得出F的变化情况.
答案:B
2、用正交分解法分析极值问题
将一个力分解为两个相互垂直的分力的方法称为力的正交分解法。力的正交分解法的优点:(1)借助数学中的坐标系(x ,y)对力进行描述,化矢量运算为代数运算。(2)几何图形关系简明,是直角三角形,解直角三角形方法多,容易求解。
例2.重为G的木块与水平面间的动摩擦因数为,一人欲用最小的作用力F使木板做匀速运动,则此最小的作用力的大小和方向应如何?
【解析】对木块进行受力分析:重力、支持力、摩擦力、拉力F(如图4所示),设当F斜向上与水平方向的夹角为时,F的值最小.
方法一:正交分解法
把木块的受力沿水平方向和竖直方向正交分解,由平衡条件列方程:
水平:
竖直:

解得:
其中
令 ,,

可见当时F有最小值,即
方法二:三角形法
由于,故不论如何改变,与的合力的方向都不会发生改变,如图5所示,合力与竖直方向的夹角一定为,力、G、F组成封闭的矢量三角形,由图6可知,当F与垂直时,F有最小值,由几何关系得:
答案:当F与水平方向的夹角时,
3、用图解法分析物体的动态平衡
根据力的合成和分解遵守平行四边形法则或三角形法则,利用邻边及其夹角跟对角线的关系分析力的大小变化情况的方法,通常叫做图解法。图解法具有直观简便的特点,多用于定性研究。对于物体平衡的动态分析时应用图解法尤其有效。应用图解法时应注意正确判断某个分力的方向的变化情况及其空间范围。
例3.如图7所示装置,两根细绳栓住一球,保持两细绳间的夹角不变,若把整个装置顺时针缓慢转过,则在转动过程中,CA绳的拉力大小的变化情况是 ,CB绳的拉力的大小变化情况是 .
【解析】取球为研究对象,由于球处一个动态平衡过程,球的受力情况如图8所示:重力,CA绳的拉力,CB绳 的拉力,这三个力的合力为零,根据平衡条件可以做出、、组成的矢量三角形如图9所示. 将装置顺时针缓慢转动的过程中,的大小方向不变,而、的大小方向均在变,但可注意到、两力方向的夹角不变.那么在矢量三角形中,、的交点必在以所在的边为弦且圆周角为的圆周上,所以在装置顺时针转动过程中,CA绳的拉力大小先增大后减小;CB绳的拉力的大小一直在减小.
答案:先增大后减小;一直减小.
4、用假设法求解临界问题
某种物理现象转化为另一种物理现象的转折状态叫做临界状态。临界状态又可理解为“恰好出现”与“恰好不出现”的交界状态。处理临界问题的基本方法和步骤是:(1)分析两种物理现象及其临界值相关的条件。(2)用假设法求出临界值。(3)比较所给条件与临界值的关系,确定物理现象,然后求解。
例4.如图10所示,物体A的质量m1=2kg,B的质量m2=3kg,A、B之间的动摩擦因数为,它们之间的最大静摩擦力为6N,A、B叠放在光滑的水平面上,现用一水平力F拉物体B,试求:
(1)若拉力,则A、B之间的摩擦力为多大?
(2)若拉力,则A、B之间的摩擦力为多大?
【解析】本题首先要判断A、B之间是否相对滑动,即A、B之间是静摩擦力还是滑动摩擦力,我们可以先找出滑动和不滑动的临界状态,比较所给条件与临界值的关系,确定物理状态,然后求解。
假设A、B相对静止,对则A物体进行受力分析:重力、弹力、摩擦力(如图11所示)
则A物体能产生的最大加速度为:
对AB整体,如图12所示,要使A、B相对静止,施加的拉力的最大值为:

(1)当时,,所以A、B相对静止, A受到静摩擦力,
对AB整体,
对A: 方向向右
(2)当时,,所以A、B相对滑动, A受到滑动摩擦力,
对A: 方向向右
答案:(1)4N 方向向右 (2) 5N 方向向右
综上所述,求解静力学和动力学问题,对物体进行准确的受力分析是关键,同时要结合一定的方法才能准确、快速地求出结果,求解静力学和动力学问题的方法很多,除上述的整体法和隔离法、正交分解法、图解法(三角形法)、假设法外,还有如相似形法、正弦定理法、极限法、理想化法等等,这些方法在很多问题中常结合使用。具体问题采用不同方法对于解题过程的繁易区别很大,要准确、快速求解力学问题,需要在平时的训练中能融会贯通,真正做到触类旁通。
温馨提示:答案为网友推荐,仅供参考
第1个回答  2009-01-16
一、受力分析的依据
1、依据各力的产生条件和性质特点:每种力的产生条件提供了其存在的可能性,由于力的产生原因不同,形成不同性质的力,这些力又可归纳为接触力和场力,接触力(弹力和摩擦力)的确定是难点,两物体直接接触是产生弹力和摩擦力的必要条件,弹力产生原因是物体发生弹性形变,而摩擦力的产生除物体间相互挤压外还要有相对运动或相对运动趋势。对于场力,重力总是存在(除由于质量很小而忽略的情况),方向竖直向下;对于处在电场、磁场中的带电体,就要考虑是否受到电场力、磁场力等。
2、依据作用力和反作用力:一方面可以用来检验力的存在,对象所受的每个力都有施力物体和反作用力,找不到施力物体和没有反作用力的力是不存在的;另一方面,依据作用力和反作用力的关系,可灵活转换研究对象,由作用力判断出反作用力。
3、依据物体所处的运动状态:对有些力是否存在,或力的方向难以确定时,要依据物体所处的运动状态,运用物体的平衡条件或牛顿运动定律来判断。
二、受力分析的基本程序
1、明确研究对象:亦即是确定我们要分析哪个物体的受力。选取研究对象的原则是要对问题研究尽量简便,研究对象可以是单个物体或物体的某一部分,也可以是几个物体组成的系统。
2、隔离物体分析:亦即将所确定的研究对象从周围问题中隔离出来,进而分析周围有哪些物体对它施加力的作用,方向如何,并将这些力一一画在受力图上。
3、受力分析的顺序:先重力,再接触力(弹力和摩擦力),最后场力(电场力和磁场力)。对于接触力应逐个接触面(或点)去找,有必要时要用力的概念和产生条件或假设法判断这个力是否存在。
4、进行定性检验:画出受力示意图后要进行定性检验,看一看根据你画的示意图,物体能否处于题目中所给的运动状态。
三、受力分析的注意事项
1、防止“漏力”和“添力”,按正确顺序进行受力分析时防止“漏力”的有效措施,注意寻找施力物体是防止“添力”的有效措施之一,找不出施力物体,则这个力一定不存在。
2、深刻理解“确定研究对象”的含义,题目要求分析A物体受力,那么A物体对其它物体的力就不是A所受的力。
3、画力的示意图时,力的作用点可沿力的作用线移动。
4、为了使问题简化,常要忽略某些次要因素,如轻杆、轻绳、轻滑轮等重力可以不考虑。
四、进行准确受力分析,运用恰当方法解决力学问题
1、用整体法和隔离法求解连接体问题
所谓隔离法,就是将物理问题的某些研究对象或过程、状态从系统或全过程中隔离出来进行研究的方法。隔离法有两种类型:(1)对象的隔离:即为寻求与物体有关的所求量与未知量之间的关系,将某物体从系统中隔离出来。(2)过程的隔离:物体往往参与几个过程,为求解涉及某个过程中的物理量,就必须将这个过程从全过程中隔离出来。
所谓整体法,就是指对物理问题的整个系统或过程进行研究的方法。整体法也有两种类型:(1)整体研究物体系:当不涉及系统中某个物体的力和运动时常用。(2)整体研究运动全过程:当所求物理量只涉及运动的全过程时常用。
例1.如图1 所示,两个质量均为m的小球A、B用轻杆连接后,斜放在墙上处于平衡状态,已知墙面光滑,水平地面粗糙.现将A向上移动一小段距离,两球两次达到平衡,那么将移动后的平衡状态与原来的平衡状态比较,地面对B球的支持力和轻杆上的压力F的变化情况为( )
A.不变、F变大 B.不变、F变小
C.变大、F变大 D.变大、F变小
【解析】方法一:隔离法
本题有两个研究对象,可先分别对A球、B球隔离分析,如图2所示,由A球受力平衡可得:
将A向上移动一小段距离,即角减小,所以减小.
由B球受力平衡可得:

由以上三式得:与角无关,故不变,选B.
方法二:整体法
将A、B两球看作一整体,受力情况如图3所示,因整体静止,故在竖直方向有:,即不变;而F为整体的内力,故在整体法中得不出F的变化情况,只有对某一单体隔离受力分析后,才能得出F的变化情况.
答案:B
2、用正交分解法分析极值问题
将一个力分解为两个相互垂直的分力的方法称为力的正交分解法。力的正交分解法的优点:(1)借助数学中的坐标系(x ,y)对力进行描述,化矢量运算为代数运算。(2)几何图形关系简明,是直角三角形,解直角三角形方法多,容易求解。
例2.重为G的木块与水平面间的动摩擦因数为,一人欲用最小的作用力F使木板做匀速运动,则此最小的作用力的大小和方向应如何?
【解析】对木块进行受力分析:重力、支持力、摩擦力、拉力F(如图4所示),设当F斜向上与水平方向的夹角为时,F的值最小.
方法一:正交分解法
把木块的受力沿水平方向和竖直方向正交分解,由平衡条件列方程:
水平:
竖直:

解得:
其中
令 ,,

可见当时F有最小值,即
方法二:三角形法
由于,故不论如何改变,与的合力的方向都不会发生改变,如图5所示,合力与竖直方向的夹角一定为,力、G、F组成封闭的矢量三角形,由图6可知,当F与垂直时,F有最小值,由几何关系得:
答案:当F与水平方向的夹角时,
3、用图解法分析物体的动态平衡
根据力的合成和分解遵守平行四边形法则或三角形法则,利用邻边及其夹角跟对角线的关系分析力的大小变化情况的方法,通常叫做图解法。图解法具有直观简便的特点,多用于定性研究。对于物体平衡的动态分析时应用图解法尤其有效。应用图解法时应注意正确判断某个分力的方向的变化情况及其空间范围。
例3.如图7所示装置,两根细绳栓住一球,保持两细绳间的夹角不变,若把整个装置顺时针缓慢转过,则在转动过程中,CA绳的拉力大小的变化情况是 ,CB绳的拉力的大小变化情况是 .
【解析】取球为研究对象,由于球处一个动态平衡过程,球的受力情况如图8所示:重力,CA绳的拉力,CB绳 的拉力,这三个力的合力为零,根据平衡条件可以做出、、组成的矢量三角形如图9所示. 将装置顺时针缓慢转动的过程中,的大小方向不变,而、的大小方向均在变,但可注意到、两力方向的夹角不变.那么在矢量三角形中,、的交点必在以所在的边为弦且圆周角为的圆周上,所以在装置顺时针转动过程中,CA绳的拉力大小先增大后减小;CB绳的拉力的大小一直在减小.
答案:先增大后减小;一直减小.
4、用假设法求解临界问题
某种物理现象转化为另一种物理现象的转折状态叫做临界状态。临界状态又可理解为“恰好出现”与“恰好不出现”的交界状态。处理临界问题的基本方法和步骤是:(1)分析两种物理现象及其临界值相关的条件。(2)用假设法求出临界值。(3)比较所给条件与临界值的关系,确定物理现象,然后求解。
例4.如图10所示,物体A的质量m1=2kg,B的质量m2=3kg,A、B之间的动摩擦因数为,它们之间的最大静摩擦力为6N,A、B叠放在光滑的水平面上,现用一水平力F拉物体B,试求:
(1)若拉力,则A、B之间的摩擦力为多大?
(2)若拉力,则A、B之间的摩擦力为多大?
【解析】本题首先要判断A、B之间是否相对滑动,即A、B之间是静摩擦力还是滑动摩擦力,我们可以先找出滑动和不滑动的临界状态,比较所给条件与临界值的关系,确定物理状态,然后求解。
假设A、B相对静止,对则A物体进行受力分析:重力、弹力、摩擦力(如图11所示)
则A物体能产生的最大加速度为:
对AB整体,如图12所示,要使A、B相对静止,施加的拉力的最大值为:

(1)当时,,所以A、B相对静止, A受到静摩擦力,
对AB整体,
对A: 方向向右
(2)当时,,所以A、B相对滑动, A受到滑动摩擦力,
对A: 方向向右
答案:(1)4N 方向向右 (2) 5N 方向向右
综上所述,求解静力学和动力学问题,对物体进行准确的受力分析是关键,同时要结合一定的方法才能准确、快速地求出结果,求解静力学和动力学问题的方法很多,除上述的整体法和隔离法、正交分解法、图解法(三角形法)、假设法外,还有如相似形法、正弦定理法、极限法、理想化法等等,这些方法在很多问题中常结合使用。具体问题采用不同方法对于解题过程的繁易区别很大,要准确、快速求解力学问题,需要在平时的训练中能融会贯通,真正做到触类旁通。
第2个回答  2009-01-12
所有受力方向经过一个点的物体可以先把它当作质点,从整体或者部分,分开考虑。

整体:可以运用各类守恒原理,牛顿运动定律F=ma来分析。

部分:施受力物体,施受力方向以及大小,一个一个分析、标注,把所有的或部分的力平行四边形整合一下,达到方便解题的目的。注意判断准确和全面。
如果比较复杂,建议用正交分解法,把物体受力全用X,Y方向的力表示,更容易看清楚。坐标的方向可以按水平垂直建立,也可以延斜面方向和垂直斜面方向建立。

如果受力方向不经过一个点,就需要考虑到转动力矩,可以把物体看作是杆。

楼主平时要注意积累解题经验,我的帮助作用有限,楼主加油啊。
第3个回答  2009-01-12
进行受力分析的话首先要了解最基本的平行4边形法则,再根据这个法则
进行受力分析.当然这是针对要分析的力较少的情况下的时候.

如果要分析的力比较多的话(大于3个)的话就可以用正交分解法来做,
即:建立1个坐标轴,将所有的力都分解到坐标轴上去,这样就很容易进行
受力的分析了.

还有要注意摩擦力在不同情况下的方向也是会变化的,所以要分析准确.

当然我无法在这短短的几句话中说明如何进行完整的受力分析,你也可以
综合上面几位的提醒,建立一套自己的分析受力的方法,这才是最适合你的,
加油吧~
第4个回答  2009-01-12
把物体考虑成质点,分析所有对它的作用力。
基本上就是重力、推力拉力、支持力、摩擦力等。等你熟悉了以后,你可以自动过滤那些平衡的力。另外直线运动中,可以只考虑物体运动直线上的受力。
力不一定需要接触物体,考虑磁力、重力时要注意,不要疏漏。
力可以分解合成,为了方便计算,有时需要将力分解合成,多数是分解!
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