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  • 1 # 使用者3073853161219867

    受力分析的地位

    太重要了!因為:

    力學問題是物理問題的基礎

    力和運動的關係是力學問題的基礎。

    牛頓第二定律 聯絡了力和運動,而左邊這個 正是來自於受力分析!

    所以,正確進行受力分析是高中物理最重要的基本功!可以說受力分析是一切力學問題的基礎!

    但是,受力分析很難,作為高中物理的第一隻攔路虎,它異常兇猛,一上來就把很多人嚇退了。怎麼辦,另闢蹊徑?先學點兒別的?別天真了,受力分析的地位決定了它是繞不開的主線劇情,你別無選擇,必須拿下!如果你對受力分析一竅不通,準備1個月的時間,每天琢磨一個小時,用30個小時征服它。非常值得。

    力學問題大致有三種解法:動力學解法,動量解法,能量解法。貼三張我在輔導學生物理時畫的圖,是想說明受力分析在力學體系中的基石作用。總說知識環環相扣,要編織成網,其實更要緊的,是在網中找到綱,提綱挈領才能綱舉目張嘛。




    受力分析的理論依據

    A。鎖定研究物件。

    研究誰,就讓誰站在舞臺中央,就讓聚光燈照在誰身上。其他物體只是背景,視而不見。

    如果一個系統由A和B兩個物體組成,那麼研究物件的選擇有A、B、AB三種方式。

    如果一個系統由A、B和C三個物體組成,那麼研究物件的選擇有A、B、C、AB、AC、BC、ABC三種方式。

    甚至一個完整的物體你也可以用假想的平面把它切成兩部分,研究物體內部的“應力”(大學工程力學和理論力學中常用的辦法)。

    B。必須按順序進行。

    1.受力分析必須按照一定的順序進行。每確定一個力,都要確定它的大小、方向、作用點三個要素(現在高中基本不涉及剛體的轉動,所以作用點這個要素基本可以忽略,你的重點是搞清每一個力的大小和方向)。受力分析就像是一個“破案”的過程,從已知的條件出發,確定可能存在的力是否真的存在、其方向如何、大小如何。

    2.之所以分層次,是由於力的地位不平等。就像一個社會中,統治者是去支配別人的,而一般人是被統治者支配的。有的力地位高,有的力地位低。高層次的力決定低層次的力,低層次的力被高層次的力決定。一般把力分成三個層次:

    第一層次:主動力和已知力

    。什麼是主動力呢?大小、方向都由自身(其實是場)支配, 其他力影響不了它,但是它可以影響第二層次和第三層次的力哦!這也正是我們為啥要先來把主動力都搞定的原因。高中階段遇到的主動力有五種:重力、萬有引力、電場力、洛倫茲力、安培力。高一的同學掌握重力和萬有引力即可。

    已知力是指題目明確告訴我們的力。這種力也是實打實的存在,其大小和方向都定下來了。

    第二層次:五種彈力。

    可能施加彈力的物體有五種——接觸面、輕繩、自由杆、固定杆、彈簧。這也是受力分析的難點所在。第一點,這五種力的必要條件是接觸。沒有接觸就沒有彈力。第二點,這五種力一般都叫被動力,它們的大小由第一層次的力,以及物體的加速度共同決定。第三點,這五種力也不是完全被動,它們在被動中也有一些“主動”的因素存在。

    比如,

    接觸面可能會施加彈力,如果有彈力,彈力必然與接觸面垂直,並且指向受力物體。

    (這就是說,接觸面彈力的方向是由自身決定的)接觸面施加彈力的條件是相互接觸的物體之間有擠壓,從而有輕微形變。是否有擠壓,要綜合第一層次的力和物體的運動狀態來判斷(這就是說,接觸面彈力的大小是由第一層次和加速度共同決定的)。

    再比如,輕繩中的張力。

    張力的方向一定沿繩,並指向施力物體。同一根繩中的張力處處相等。

    繩子打活結,相當於同一根繩子。繩子打死結,結點兩側相當於兩根繩子。(這就是說,繩中張力的方向是由自身決定的,張力的大小是由第一層次和加速度共同決定的)

    再比如,輕杆中的張力。杆有兩種型別,能轉動的杆,如用鉸鏈連線的杆,叫做自由杆。不能轉動的杆,如一端插入牆體的杆,叫做固定杆

    。自由杆中的力一定沿杆,既可以拉伸,也可以壓縮

    (這就是說,自由杆中張力的方向是由自身決定的,大小是由第一層次和加速度共同決定的)。

    固定杆中的力不一定沿杆,既可以拉伸,也可以壓縮

    (這就是說,固定杆中張力的方向和大小都是由第一層次和加速度共同決定的)。兩類杆中的張力,都要綜合第一層次的力和加速度來判斷。

    再比如,彈簧中的力。

    彈簧彈力一定沿著彈簧的軸線,既可以拉伸,也可以壓縮

    。彈簧有計算公式,叫做胡克定律,

    F=kx,

    公式中的

    x

    是彈簧現長和原長的差值,叫做形變數。

    第三層次:兩種摩擦力。

    接觸面上還可能有滑動摩擦力和靜摩擦力。如果有摩擦力,摩擦力必然與接觸面平行,且對物體的相對運動或者相對運動趨勢起阻礙作用。接觸面施加摩擦力的條件是,首先必須有彈力,其次必須有相對運動或者相對運動趨勢。滑動摩擦力有計算公式

    f

    =

    μN;

    靜摩擦力有不等式

    f

    μN。

    根據摩擦力和彈力的關係,可以得出,摩擦力若存在,可以推斷出一定有彈力;反之不成立。

    以上就是受力分析的所有理論。一個力是否存在,方向如何,大小如何,都可以在上述理論中找到“條文”。你要背會上面所有的斜體加粗文字,並且深刻地理解其中的思想。然後,來看下面的經典範例。這個範例我會慢慢擴充。

    重要的不是分析出來的結果,而是理解其中的邏輯鏈。先確定哪個力,後確定哪個力,方向由誰決定?誰決定誰?

    想通這些,才算真懂。

    範例1

    這三種情況下,N的方向都是由誰決定的?(N本身的性質決定的,即N必須垂直於接觸面且指向受力物體)“背條文:

    接觸面可能會施加彈力,如果有彈力,彈力必然與接觸面垂直,並且指向受力物體。

    N的大小是由誰決定的?(由加速度a和mg共同決定)

    範例2

    受力分析的後續工作

    受力分析完成之後,還需要幹什麼呢?那就是力的計算。力的計算本質是向量的合成與分解。其方法有純粹的向量法(平行四邊形法則、三角形法則)和代數化的座標法(正交分解)。

    純粹的向量法要利用解三角形的知識予以最終求解,涉及的定理有勾股定理、正弦定理和餘弦定理。其優勢是直觀,適合討論連續平衡動態變化問題。往往和幾何三角形相似掛鉤。

    正交分解法就是在兩個相互垂直的方向上,列出牛頓第二定律的分量方程。這就是受力分析的最終輸出

    按照正交分解法來輸出受力分析的最終結果,一定是兩個方程,表徵兩個方向:

    向上的力-向下的力=m×向上的加速度

    向右的力-向左的力=m×向右的加速度

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