《湖南中学物理》如何分析力的作用效果

如何分析力的作用效果甘肃兰炼二中（兰州59中）王安军730060力的分解作为高中最早出现的一种矢量运算，对只熟悉代数运算的高一年级学生来说仍然很难适应。而如何分解一个力更加抽象，即便是教材中要求的“按照力的实际作用效果分解一个力”，学生仍然因不好寻找力的实际作用效果而感到难以掌握。力的作用效果是指发生形变（拉伸或挤压）和运动状态改变（产生加速度）。发生形变通常是指挤压或拉伸等效果；发生运动状态改变即产生加速度的效果。下面就如何把一个力按照其实际作用效果进行分解做一探讨和归纳。1、按挤压效果分解对有两个接触面的物体，其重力产生的实际效果是物体挤压两个面，故把重力沿着垂直于两个接触面的方向分解。例1、如图1所示，在倾角为α的斜面上，放一重为G的光滑小球，球被竖直挡板挡住，则球对挡板和斜面的压力分别是多少？解析：球的重力产生两个效果，挤压斜面和挡板，故把重力分解成挤压竖直挡板的水平分力1G和挤压斜面并垂直于斜面的分力2G（如图2所示）。根据牛顿第三定律和二力平衡知识可知，球对挡板的压力1F和球对斜面的压力2F分别跟这两力等大同向，即GtgGF11，cos22GGF。2、按拉伸效果分解G1G2GGα图1G2G1Gαα图2对用两条轻绳（或轻弹簧）悬挂的物体，其重力产生的实际效果是物体拉紧两根轻绳（或轻弹簧），故把重力沿着两条轻绳（或轻弹簧轴线）的方向分解。例2、如图3所示，用三根轻绳将重为G的物体悬挂在空中，已知绳OA与水平方向成α角，绳子OB水平，O为结点。则这两条绳子中的张力分别多大？解析：物体的重力产生两个实际效果是拉紧绳子和绳子，故物体的重力可分解成沿着绳子OA的分力1G和沿着绳子OB的分力2G（如图4所示）。根据牛顿第三定律和二力平衡知识可知，物体对绳子OA的拉力1F和对绳子OB的拉力2F分别跟这两力等大同向，即sin11GGF，GctgGF22。3、按挤压和拉伸效果分解对有一个接触面的绳挂物体，其重力产生的实际效果是物体拉紧轻绳（或轻弹簧）并挤压接触面，故把重力沿着轻绳（或轻弹簧轴线）的方向和垂直于接触面的方向分解。例3、如图5所示，用轻绳将重为G的均匀球体悬挂在竖直光滑墙上，绳与墙的夹角为α。则球对绳子的拉力和对墙壁的压力分别多大？解析：球的重力产生两个实际效果是拉紧绳子和挤压墙壁，故球的重力可分解成挤压竖直墙壁的水平分力1G和拉紧绳子并沿着绳子的分力2G（如图6所示）。根据牛顿第三定律和二力平衡知识可知，物体对墙壁的压力1F和对GαAαBAαOα图3BAααG1G2GαAαOα图4绳子的拉力2F分别跟这两力等大同向，即GtgGF11，cos22GGF。4、按挤压和运动状态改变的效果分解对有一个接触面的物体，其重力产生的实际效果是物体挤压接触面并沿着接触面产生加速度的效果（接触面粗糙时有相对运动或相对趋势可产生摩擦力），故把重力沿着接触面的方向和垂直于接触面的方向分解。例4、如图7所示，重为G物体静止在倾角为α的斜面上的，它对斜面的压力和摩擦力各是多大？解析：物体的重力产生两个实际效果是压紧斜面和沿着斜面下滑（产生加速度），故物体的重力可分解成垂直于斜面向下的分力1G和沿斜面向下的分力2G（如图8所示）。根据牛顿第三定律和二力平衡知识可知，物体对下面的压力1F和1G等大同向，而静摩擦力2F和沿着斜面向下的的下滑力2G等大反向，即sin11GGF，cos22GGF。5、按拉伸和运动状态改变的效果分解对用一条轻绳悬挂的物体，其重力产生的实际效果是物体拉紧轻绳的同GG2G1ααOα图6GαOα图5Gα图71G2GααG图8时，沿垂直于轻绳（圆周切线）的方向摆动（产生加速度），故把重力沿着轻绳的方向和圆周切线方向分解。例5、如图9所示，一做简谐运动的单摆，重力为G。当摆角为θ时，其回复力及其加速度各为多大？解析：物体的重力产生两个实际效果是拉紧摆线和沿着切线摆动（产生加速度），故物体的重力G可分解成沿着圆周切线的分力1G和沿着摆线的分力2G（如图10所示）。2G与摆线的拉力一起提供摆球做圆周运动所需的向心力，而1G恰好提供了摆球做简谐运动所需要的的回复力。根据根据牛顿第二定律和几何知识可知，回复力sin1GG，回复加速度singa。其他力的分解跟重力的分解类似，也是按照力的实际作用效果分解。要么按照产生形变的效果，把一个力沿着垂直于接触面或者沿着绳子（或弹簧的轴线）的方向分解；要么按照产生加速度的效果把一个力沿着接触面或者圆周切线方向分解。总之，都是在已知两个分力方向前提下确定两个分力的大小的。个人简介:王安军，中共党员，中学物理高级教师，1998年毕业于西北师大物理系。已有六届高三物理科任教师经历，曾获国家级优秀辅导教师称号，兰州市优秀教师。《运用速度公式速解圆周运动中的临界问题》《对一道课本习题的讨论》《电功率何时最大》等近十篇论文在《物理教学探讨》《中学物理》《中学物理教学参考》等省部级以上专业学术期刊上发表。Oα图10Oα图9现任政教处副主任、物理教研组长和年级组长。联系方式：Qq:416076322邮箱：[e-mail]电话：[phone]手机：[phone]通信地址：甘肃兰炼二中（兰州59中）730060