(高三版)《力学基础》之一《受力分析》

《力学基础》之一：受力分析一、为什么我们必须学会正确地对物体进行受力分析？1、受力分析：把选定的研究对象在特定的物理情景中所受到的所有外力找出来，并画出受力示意图，就是在对物体进行受力分析。

2、受力分析的重要性：正确地对物体进行受力分析是解决力学问题的前提, 同时也是解决好力学问题的关键和重要方法,它贯穿整个高中物理，是学好物理的第一步。

因为：物体的受力情况决定了．．．物体运动状态的改变方式。

二、我们应该怎样进行受力分析？1、灵活地选择研究对象：根据要解决的问题，从体系中隔离出所要研究的某一个物体，或从物体中隔离出某一部分作为单独的研究对象，对它进行受力分析。

原则上就是要能够保障对任务问题进行研究：①所选择的研究对象要与周围环境联系密切并且已知量尽可能多，它既可以是质点、结点、某个物体，也可以是几个物体组成的系统。

②对于较复杂的问题，由于物体系内各部分相互制约，有时要同时隔离出几个研究对象才能解决问题。

2、对研究对象的周围环境进行分析，找出可能的施力物体，分析可能受到的各种力：先查看除了场力（重力或者万有引力、电场力、磁场力）之外，有哪些物体与研究对象直接接触，凡是直接接触的物体都不能漏掉分析，而不直接接触的物体千万不要考虑进来。

再根据各种力的产生条件和所满足的物理规律，判断它们是否存在或者初步确定它们的大小、方向、作用点。

①按照“先已知力，再场力(重力或者万有引力、电场力、磁场力等),最后接触力(弹力、摩擦力)”的顺序进行分析。

对于分析出来的每个力,都应该能找出其相应的施力物体；②要分析的力是那些按照性质来命名的力,如重力、电场力、磁场力、弹力、摩擦力等。

因为那些按照效果来命名的力（如合力、分力、动力、阻力、向心力、回复力等）实际上是由这些按照性质来命名的力充当的；③只分析研究对象受到的力。

因为研究对象对其它物体施加的力不是研究对象受到的力。

3、审查研究对象的运动状态，并利用牛顿定律或者功能关系，对某些难于确定的力进行再判定：有些力(特别是弹力和摩擦力)在有些情况下，单纯从它们的产生条件以及所遵循的规律出发很难判定它们是否存在或者确定它们的方向，这时候就需要根据研究对象的运动状态是平衡状态还是变速状态，运动形式是直线还是曲线，或者运动的特点是匀变速还是匀速圆周运动或者其它等等，利用牛顿定律或者功能关系，通过检查物体的受力情况和当前的运动状态是否相符合，来推测某些力是否存在或者应该沿哪个方向。

4、画出研究对象的受力分析图：把物体真实受到的各力的方向、作用点准确地用力的示意图表示出来。

①画受力图时，只画按照性质命名的力，不画按作用效果来命名的力，否则将出现重复。

②需要在受力图中对某些力进行合成或分解时，必须画出相应的平行四边形，否则就犯了“在同一个问题中重复考虑了合力和它的分力”这类错误。

③还要注意不同研究对象的受力图要分别画出。

对于质点而言，由于不需要考虑形变及转动效果，可将各力平移到物体的重心上，即各力均从重心画起。

④用字母代号（每一种力都有它常用的符号）标出物体所受的每一个力，而某力的分力只需要按平行四边形定则作出，一般不需要标出符号。

三、受力分析时的重难点突破1.判断物体是否受某个力作用的常用依据①根据力的概念（力是物体之间的相互作用）：首先，找不到施力物体的力一定是不存在的；其次，如果发现研究对象对其它物体施加了某种性质的力，就表明它一定也同时受到这个物体施加的、同种性质的反作用力。

②根据力的产生条件:每一种力，都有它特定的产生条件，所以可以通过查看是否满足这种力的产生条件来判断研究对象是否受到这种力。

③根据力的作用效果:有些力产生条件较复杂,方向也隐蔽,根据产生条件难以判断(如弹力、静摩擦力)，此情况下应根据“力的作用效果是改变物体的运动状态和使物体发生形变”去判断是否受某力。

具体办法是：根据平衡条件、牛顿定律或者功能关系，检查物体的受力情况与运动情况是否相符。

在不能确定某个力时，可以先假设它存在（当然也可以先假设它不存在）或者假定它的方向；然后根据在这种假设下物体的受力情况，结合物体的初始运动状态，推测出该物体将做哪种形式的运动；如果推测的结果能和物体的实际运动形式相符合，就说明假设成立；反之，则说明假设不成立（或部分不成立）。

2、隔离法与整体法的使用原则①整体法：把相互联系的几个物体视为一个整体(也叫系统)，只分析整体外的各物体对整体内各个物体的作用力(即外力)，这种方法叫做整体法。

隔离法：将某物体从周围物体中隔离出来，单独分析该物体所受到的各个力，称为隔离法。

②通常在分析外力对系统作用时，用整体法；在分析系统内各物体之间的相互作用（即内力）时，用隔离法。

有时在解答一个问题时要多次选取研究对象（特别是在处理连接体这类问题之中），经常需要整体法与隔离法交叉使用；四、熟悉各种常见性质的力是进行受力分析的关键㈠重力（第一种场力）1、定义：由于地球的吸引而使物体受到的力2、产生条件：物体具有质量够远时，重力就微弱到可以忽略不计的地步。

②通常，对于电子、质子、原子核或者正、负离子等这些微观粒子，也不计重力。

3、三要素：⑴ 重力的大小： 随地球自转的物体：2R 地地重GmM mg G ≈= （通常没有特别说明，g 就取2/8.9s m ） 地球上空离地面高度h 处的物体：2)(G h R m M G ＋地地重= （即：重力就是地球对它的引力）①重力是由于地球的吸引而产生的力，但它并不一定等于地球对物体的万有引力。

地面上的物体受到的重力是地球对它的万有引力的一个分力，另一个分力提供物体随地球旋 转所需的向心力。

②重力的大小与纬度和距地面的高度都有关系。

特点是：“同一个物体在离地高度相同的情况下，位于纬度越高的地方，受到的重力就越大；处在同一纬度时，它离地的高度越大，受到的重力就越小”。

实际处理与重力有关的问题时，在地球表面各处或者地表附近一定高度范围内，大多数时候可以忽略重力大小的这种差别，将物体运动过程中受到的重力的大小当作保持不变。

⑵ 重力的方向：总是竖直向下“竖直向下”不等同于“指向地心”。

只有位于赤道或者两极极心处或者升空后的物体所受的重力才指向地心。

在地面其它地方，物体所受重力的方向并不指向地心（因为受到地球自转地影响），只能说是垂直此处水平面向下，即竖直向下。

⑶ 重力的作用点：又叫重心，是物体各部分所受重力总和的等效作用点。

本身上面。

②重心的位置是由物体的形状、大小以及质量分布决定的。

对于质量分布均匀、形状规则的物体，它的重心在它的几何中心。

③重心影响到物体的稳度，在工程技术上是一个重要的参数。

4、重力的特点：⑴ 一个物体受到的重力．．与．这个物体本身的．．．．．．．运动状态．．．．及其变化无关．．．．．．。

一个非常典型的现象是：物体在超重或者失重时，与它既不超重也不失重时相比，受到的重力并没有不同。

⑵ 一个物体受到的重力．．与．这个物体．．．．是否还受其它力作用也无关．．．．．．．．．．．．。

5、重力的作用效果（最突出的那些方面）⑴物体仅受重力作用时．．．．．．．，加速度都等于重力加速度，并且与自身的质量无关。

或者竖直上、下抛）或者匀变速曲线运动（平抛或者斜抛）；当它在地面上空围绕地球运动时主要表现为做匀速圆周运动或者椭圆运动（相当于地球卫星）。

⑵ 重力做功与路径无关，只和初、末位置之间的高度差有关。

⑶ 重力做功是重力势能发生变化的原因和量度，关系式是：G p W E -=∆。

⑷ 重力做功不改变物体的机械能。

㈡ 万有引力（第二种场力）1、定义：宇宙间任何两个物体之间、因为都具有质量而产生的相互吸引力2、产生条件：都有质量 补充说明：构成光的光子虽然没有静质量，但因为有运动质量还是会受到万有引力。

天文观测已经发现，从遥远的天体发出的光经过太阳附近时会发生弯曲，就是因为受到了太阳对它的吸引力。

3、三要素：⑴ 两个质点之间的万有引力遵循万有引力定律，可用公式：221r m m G F =来计算G 叫做引力常数，由卡文迪许首次利用扭秤装置测出。

现代实验精确测出：在真空中的2211/1067.6kg m N G ∙⨯=-⑵ 引力的方向沿着它们的连线，由受力物体指向施力物体。

⑶ 万有引力的作用点也有一个等效问题，高中阶段不予考虑。

4、万有引力的特点普通物体之间的．．．．．．．万有．．引力都可以忽略不计．．．．．．．．．，通常只考虑两个天体之间或者天体与普通物体之间的万有引力。

5、万有引力的作用效果（最突出的那些方面）⑴ 地球对于在它表面附近的物体的万有引力的主要作用效果表现为“使物体受到重力”，所以在地球表面附近的物体，它受到的重力和地球对它的万有引力不要重复考虑；⑵ 天体之间的万有引力是改变它们各自运动状态的主要原因。

最典型的情景就是：在只做近似分析和计算时，可以认为“恒星对行星的万有引力使行星围绕恒星做椭圆运动，行星对卫星的万有引力使卫星围绕行星做椭圆运动或者匀速圆周运动”。

㈢ 电场力（第三种场力）1、定义：电荷之间由于都带电而产生的相互作用力，叫做电场力。

之所以把电作用力叫做电场力，是因为电荷之间不需要直接接触就能够产生电作用力。

为了解释这种象重力以及万有引力那样的“超距离作用力”，物理学家引入了“场”的说法。

认为电荷通过在自己的周围产生一个“电场”来对其它电荷施加电作用力。

⑵ 两个点电荷（起码有一个是静止的）．．．．．．．．．．．．．．之间的电场力．．．．．．又叫做库仑力。

⑶ 静止的电荷对其它电荷的电场力，叫做静电力。

2、产生条件：施力物体和受力物体都带电。

两个运动的电荷之间的相互作用力叫做洛伦兹力，是磁场力不是电场力。

3、二要素：⑴ 电场力的大小遵循：qE F =(适用于任意电荷在任意电场中受到的电场力)221r q q k F =（只适用于两个点电荷之间的库仑力）⑵ 电场力的方向：正电荷受到的电场力的方向和该处的电场方向相同；负电荷受到的电场力的方向和该处的电场方向相反。

4、电场力的特点电荷受到的电场力只和它自身所带的电荷量以及所在处电场的强弱和方向有关，与电 荷自身的运动状态以及受到的其它力都无关。

5、电场力的作用效果（最突出的那些方面）⑴ 仅在电场力作用下．．．．．．．．电荷的运动，既有在非匀强电场中的非匀变速直线或者曲线运动，也有 在匀强电场中的匀变速直线或者曲线运动。

其中最典型的两种情形就是：运动电荷垂直进入 匀强电场中所做的类平抛运动（例如示波器中电子束的偏转），以及电子围绕原子核所做的匀 速圆周运动。

⑵ 电场力做功和路径无关，只和初末位置之间的电势差有关。

电场力做功的计算公式为：AB AB qU W =⑶ 电场力做功是电荷在电场中所具有的电势能发生变化的原因和量度。

具体的规律是：B A AB W εεε-=∆-=㈣ 磁场力（第四种场力）叫做磁场力。