物体受力分析创新教学的思考和实践

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摘 要： 本文提出了新的受力分析方法，如在受力分析思路中指明研究对象的位置，标明加速度，指明受力图的后续处理方法等，在实践应用中卓有成效，尝试解决高中物理教学中受力分析的教学难点。

关键词： 受力分析 创新教学 研究位置 标注加速度

物体受力分析是高中物理教学的重中之重，贯穿整个高中教材。无论是必修1、必修2，还是选修3系列的五本教材都离不开受力分析。受力分析教学不可能一步到位、一劳永逸，而要随着教材知识的延伸，不断补充完善受力分析方法。很多老师都明白这一点，也按这一特点组织教学，但学生掌握情况还是不理想，一些学生到了高三复习还在说：“高一没学好，现在还是不太会分析受力。”我经由多年的教学、听课和经验交流，觉得主要问题在两点：一是常用的受力分析方法不够完美；二是教师的讲解示范缺乏步骤上的规范，学生较难建构一套高效的受力分析方法。接下谈谈我的物体受力分析教学。

一、我的受力分析方法和其他教师与教辅采用的方法的不同之处。

在确定受力分析方法时，既要考虑正确易懂，又要考虑学生的学习习惯。我采用的受力分析方法思路是：

1.选择研究对象与研究位置（或时刻）。

2.标明研究对象的加速度。

3.按顺序画研究对象的实际受力示意图。

4.用正交分解等方法分析处理受力图。

这一思路与许多教师和教辅材料采用的思路不同之处有：多了研究位置选择，要求在图旁标明加速度，特别强调要画实际受力，指明受力图的后续处理方法，舍弃了受力图画完后检查受力是否正确合理的步骤。这套受力分析方法在我的教学实践中得到了检验，它的优点在后面的介绍中会进一步说明。

二、受力分析创新教学在实践中应用。

1.如何选择研究对象？为什么要强调选择研究位置（或时刻）？

研究对象可以选受力个体，也可以选含该受力个体在内的整体，但研究对象的选择要注意有效性。如果求解A、B之间的相互作用力，选择包含A、B在内的整体为研究对象就是无效的，而应将A、B分开，研究对象要么选A（或包含A排除B的整体），要么选B（或包含B排除A的整体）。以下面题目为例：如图1所示，站在箱内的人加速向下收拢轻绳，使人和箱子一起加速运动，人和箱子质量分别为m和M，当加速度为a时，人对箱底的压力N多大？本题怎么选择研究对象才是有效的呢？设绳子拉力大小为F，如果选箱子为研究对象，受力分析如图2所示，就可得方程式F-N-Mg=Ma，该式与N有关，对求解N有效。因为压力N与箱子对人的支持力等大反向，以人为研究对象也能得出与N有关的有效方程式。如果选人和箱子整体为研究对象，受力分析如图3所示，所求压力N作为内力不会出现，所得方程式为2F-（M+m）g=（M+m）a，该式与N无关，对求解N无效。（不过该式对求解前式的F有效，需要解答有关F的问题时可以用上。）

研究对象的选择还要尽量简单，方便列式求解。如图4，物块m沿斜面体M匀速下滑，斜面体始终静止在水平地面上，要求分析地面对斜面体的摩擦力情况。根据有效性原则，研究对象可以选择斜面体，也可以选择斜面体和物块组成的整体。不过，选择上述整体为研究对象不用考虑物块和斜面体之间的相互作用力，涉及的外力少且简单。解析如下：物块与斜面体加速度均为0，所以整体受到的重力与地面支持力平衡，水平方向无地面摩擦力。如果物块改成以加速度a沿斜面加速下滑，那么下滑过程中地面对斜面体的摩擦力又怎么分析呢？同样选择斜面体和物块组成的整体为研究对象有效且方便，解析如下：物块加速度朝右下方向，斜面体加速度为0，整体合力应该朝右下，所以地面对斜面体静摩擦力向右，顺便还可以知道地面支持力小于整体受到的重力。

受力分析为什么还要选择研究位置（或时刻）呢？因为力有瞬时性，力在不同的位置（或时刻）有可能发生变化。比如：空气阻力恒定时的上抛运动，物体上升阶段任意位置受力相同，下降阶段任意位置受力也相同，但上升阶段与下降阶段受力不同。受力分析时，应该说明选择的是上升阶段的任意位置还是下降阶段的任意位置。再举个例子：三个完全相同的小球用两根轻绳和一个轻弹簧如图5连接，悬挂在天花板下。现在剪断下面的绳子，问剪断瞬间三球的加速度各为多少？这里要注意力在剪断瞬间和剪断之前的不同与关联。弹簧的弹力剪断瞬间和剪断之前相同，均为2mg。上面绳子的拉力在下面绳子剪断瞬间，由之前的3mg变为2mg。

2.为什么要标明研究对象的加速度（请注意不是速度）？

因为物体所受合力决定了物体的加速度，物体的受力情况必须与物体的实际运动状态相符合。判定加速度情况并标注在受力图旁，有利于始终把握好物体受力的总体情况。若是物体静止或匀速直线运动，则a=0，所画受力应平衡；若是非平衡状态，则判明加速度方向并标注，合力应与加速度同向；若遇到加速度情况无法判明，其实也是一种结果，表示有多种可能，如果需要则可以假设加速度方向。

在受力图中标明加速度的方向还有一个好处，就是方便后面利用正交分解处理受力图。坐标系的一个轴可以与标明的加速度方向重合，迅速将各力正交分解，如果所取坐标系的两个轴均不与加速度方向重合，加速度要和力一起参与正交分解。

许多教师让学生画完受力示意图后，再检查受力与物体的情景状态是否相符，我以为效果不好。从学生的行为习惯来看，为了加快解题速度、提高解题效率，学生一般不会完成一部分任务就回头检查，而是习惯将思路逐步推进，直到问题解决。一旦问题解决，学生又开始解答新的问题，教师提倡的检查常沦为空谈。所以我在教学中将该环节内容提前到第二步并具体化为标明加速度，实践证明效果不错。

3.怎样按顺序画实际受力图？

受力分析只画研究对象实际受到的力，不画研究对象施加给其他物体的力。分析力时一般由易到难，由主动力到被动力。分析力的一般顺序是：题目中已给的外力、重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦力等。要让学生理解各力的产生条件及各力的特点，这是受力分析的关键。