教师资格物理学科备考:解受力分析问题的两种常用方法

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受力分析问题是教师资格考试中常考考点之一,无论是客观的选择题,或者主观的案例分析中,都会有所涉及。所以,卷面想要获得,少不了对这一部分的熟练掌握。接下来就以试题为例,介绍下解受力分析问题的两种常用方法。

(一)整体法与隔离法

(2013年上教资笔试单选第3题)如图所示,A、B、C三物块的质量分别为M、m、m0,物块B放置在物块A上,物块A用不可伸长的轻绳通过定滑轮与物块C连接,绳与滑轮之间摩擦不计。若B和A一起沿桌面向右做匀速运动,则可判断(重力加速度为g)( )。

A.物块A与桌面之间有摩擦力,大小为m0g

B.物块A与B之间有摩擦力,大小为m0g

C.桌面与A之间,B与A之间都有摩擦力,两者方向相同,其合力为m0g

D.桌面与A之间,B与A之间都有摩擦力,两者方向相反,其合力为m0g

【解析】对于这类连接体的问题,题目中都会给出各个物体的状态,同时在问题中或者选项里,涉及各个物体各自的受力。对于这类问题,一般就采用整体与隔离法。首先,把运动状态完全相同的物体,视为一个整体,在此题中A、B即为一个整体。然后研究整体的运动状态及受力情况,此题中整体做匀速运动,所以整体的合外力为零,整体收到绳给的向右的拉力,所以必然收到向左的等大的摩擦力。所以物块A与桌面之间有摩擦力,大小为m0g,选项A正确。此时,分析完整体以后,再对整体中的个体进行分析,即把A、B进行隔离,对其中要研究的个体进行受力分析,一般情况下选择受力少的个体为分析对象,此题中我们选择B进行受力分析。整体中的个体保持和整体一样的运动状态,B也在匀速运动,所以B的合外力仍为零,我们仅研究运动方向即水平方向的受力即可,此时会发现B并未受到拉力,所以必然不存在摩擦力,否则将会合外力不为零。所以选项B、C、D均错误。此题选择A。

【技巧】对于这类问题,我们一般先用整体法求出合外力以及加速度,再用隔离法对受力少的个体进行受力分析,求出物体间的力。

★同型练习

(2015年湖南益阳沅江市市直招聘)如图所示,物体B叠放在物体A上,A、B的质量均为m,且上、下表面均与斜面平行,它们以共同速度沿倾角为θ的固定斜面C匀速下滑,则( )。

A.A受到斜面的滑动摩擦力大小为2mgsinθ

B.A受到B的静摩擦力方向沿斜面向上

C.A,B间没有摩擦力

D.A与B间的动摩擦因数μ=tanθ

【解析】仍然采用整体与隔离法。首先,对整体分析,并将整体重力分解,可知沿斜面方向上,重力的分力与摩擦力等大反向,故A受的滑动摩擦力沿斜面向上,大小为2mgsinθ,故选项A正确;由牛顿第三定律可知,A受到B的摩擦力应沿斜面向下,故B错误;对选项B受力分析可知,B受重力、支持力;将重力分解可知重力有沿斜面向下的分力,要使B能匀速下滑,受力一定平衡,故A对B应有沿斜面向上的摩擦力,故选项C错误;由于AB间为静摩擦力,无法确定动摩擦因数,故选项D错误。所以此题选择A。

(二)矢量三角形法

(2014年下教资笔试单选第3题)如图所示,小球用细绳系住,绳的另一端固定于O点.现用水平力F缓慢推动斜面体,小球在斜面上无摩擦地滑动,细绳始终处于直线状态,当小球升到接近斜面顶端时细绳接近水平,此过程中斜面对小球的支持力FN以及绳对小球的拉力FT的变化情况是( )

【解析】此类受力分析问题最大的特点就是某一个物体的所受的力一般都是3个,且是共点力。我们知道,力有三要素,作用点、大小还有方向,因为这三个力是共点力,所以作用点不用考虑,剩下的三个力六要素中,一般有一个力的大小和方向确定,另一个力的方向或者大小确定,最后一个力完全不确定,即6个要素知道3个时,我们即采用矢量三角形法。此题属于第二个力的方向确定大小不定。我们需要先对小球进行受力分析,重力、支持力FN、拉力FT。先画出大小方向不变的重力,然后以重力的终点为起点画出方向不变的支持力FN,再以重力的起点,连接支持力FN方向上的任一点,确定拉力FT的大小,方向指向重力的起点,连成矢量三角形。如图:

由于重力不变、支持力FN方向不变,且从已知图形知β>θ,且β逐渐变小,趋向于0;故斜面向左移动的过程中,拉力FT与水平方向的夹角β减小,当β=θ时,FT⊥FN,细绳的拉力FT最小,由图可知,随β的减小,斜面的支持力FN不断增大,FT先减小后增大.故D正确.ABC错误。故选D。

【技巧】这类存在变力的问题,切记盲目揣测,根据题意,按照顺序先画大小与方向不变的力,再画大小或者方向不变的力,最后再画变力。当画出矢量三角形以后,问题往往就迎刃而解了。

针对受力分析问题,复杂度一般不会很大,掌握方法不仅可以增加做题的正确率还可以提高解题速度,在这里希望大家熟练掌握解受力分析问题的两种常用方法,做题时灵活应用。


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