物体的受力分析

2024-05-16

物体的受力分析（精选十篇）

物体的受力分析篇1

一、按照重力、弹力、摩擦力的产生条件顺次来进行分析

就目前的情况, 我们分析物体的受力主要以重力、弹力、摩擦力为主。既然这样, 我们就可以顺次依据它们的产生条件来加以分析。

1.重力

由于地面附近的一切物体都受到地球的吸引力, 即会受到重力。所以对物体进行受力分析时, 不管在什么情况下, 首先就得考虑物体受重力, 也就是说, 在地球上, 一切物体都必受重力作用。重力的作用点在物体的重心处, 重力的方向总是竖直向下。

2.弹力

弹力是由于受力物体与施力物体之间发生了推、拉、提、压等的接触性作用, 使施力物体发生了弹性形变而产生的力, 一切推力、拉力、压力、支持力等都属于弹力。判断弹力的有无, 关键看物体之间有无推、拉、提、压等的作用。即受力物体如果与一个物体接触就最多只可能受一个弹力, 这样我们只要看一下受力物体与几个物体接触了, 那么最多就是几个弹力, 弹力的作用点必在接触处, 弹力的方向与施加弹力的物体的形变方向相反。既凡是压力与支持力, 其方向必与接触面垂直, 凡是绳的拉力必沿绳的收缩方向。

【例1】如图1甲所示, 有一小球被细绳斜拉于光滑墙面, 作出小球的受力示意图。

【分析】本题研究对象为小球, 小球在地球上, 所以, 首先应在图中作出小球重力示意图, 即图中G;其次, 因为小球与绳、墙壁两个物体接触, 最多还有两个弹力, 绳子对小球有“拉”的作用。墙壁对小球有“支持”的作用, 所以, 墙面对小球有垂直于墙面向外的支持力, 即图中F支。

3.摩擦力

产生摩擦力的必要条件是接触, 同弹力一样, 受力物体与几个物体接触, 最多可能受几个摩擦力, 该物体是否给受力物体有摩擦力, 得看受力物体相对于该物体是否有相对运动, 如果有, 则存在滑动摩擦力, 如果有相对运动趋势, 则存在的是静摩擦力。摩擦力的作用点在接触处。方向始终与相对运动 (或者相对运动趋势) 相反, 且一定与接触面平行。

【例2】如图2甲, 物体A静止于斜面上, 试作出物体A的受力示意图。

【分析】首先, 该物体在地球上, 则必受重力, 图中的G。其次, 该物体与一个物体接触, 则最多还受两个力———弹力与摩擦力, 且该两力的施力物体为斜面。现在我们先来看弹力, 因为斜面在支持着A, 所以, 斜面对A有弹力, 如图乙中的F, 最后我们来看摩擦力, 相对于斜面, 物体A有向下滑动的趋势, 故物体A受到斜面施加的平行斜面向上的摩擦力, 如图2乙。

看起来, 按照重力、弹力、摩擦力的顺序来进行受力分析, 似乎问题就解决了。然而, 由于弹力中的弹性形变及摩擦力中的相对运动 (或者相对运动趋势) 在有的问题中并不是那么容易判断的, 因此, 我们往往需要结合下面的情况来加以分析。

二、根据物体所处的运动状态及其改变来进行分析

力是改变物体运动状态的原因, 在分析物体受力时, 这条理论往往是我们的有力武器。物体处于平衡状态 (即匀速直线运动或静止状态) 时要么不受力, 受力只受平衡力;物体处于非平衡状态时, 肯定受力, 且受到的是非平衡力。

【例3】有一沿平直公路匀速行驶的汽车内放置了一木块, 如图3, 则该木块_______ (选填有/没有) 受到摩擦力的作用。

【分析】木块与车的地面接触, 这就有了使地面提供摩擦力的必要条件, 那么, 木块相对于车的地面是否有相对运动 (或者相对运动趋势) 呢?显然, 我们是看不出来的, 用上述1.3的方法, 则我们就无法判断了。现在我们用“力与运动的关系”来加以分析:我们知道此时木块是随着车沿水平方向做匀速直线运动的, 即木块在水平方向是处于运动状态不变的匀速直线运动状态, 此时, 木块在水平方向, 要么不受力, 受力只能是受平衡力, 如果其在水平方向受到一个摩擦力的作用, 就必须有一个力来与之平衡, 显然不存在这个力, 这就反过来说明了木块没有受到摩擦力的作用。

三、利用力的“物质性”, 来进行检验

“力是物体对物体的作用”, 任何一个力都同时存在施力物体和受力物体, 我们称之为“力的物质性”。许多同学在进行受力分析时, 经常会出现“多力、少力”的现象。在我们完成对研究对象的受力分析时可以利用“力的物质性”对我们所做的受力分析结果进行检验。

首先我们应检查有没有“少力”:如问题1所述, 在仅分析重力、弹力、摩擦力时, 如果一个物体不与任何其它物体接触, 则只受一个力———重力;如果一个物体仅与另一个物体接触, 则最多受三个力———重力、弹力、摩擦力;如果一个物体仅与另两个物体接触, 则最多受五个力———一个重力、两个弹力、两个摩擦力的作用……其次是检查有没有“多力”:方法是确认我们分析出的每一个力是否都同时存在施力物体和受力物体。如有的同学认为放在斜面上的物体受到“下滑力”的作用。如果有“下滑力”, 那么“下滑力”的施力物体是谁呢?是地球吗?地球施加给物体的是重力!之所以出现这样的情况, 是因为我们仅注意到物体有沿斜面下滑的趋势这个现象, 而忽视了“力的物质性”而造成的。再有推出去的铅球是否再受到手的“推力”?应该是没有, 因为我们找不到这“推力的施力物体呀。

物体受力分析篇2

1.重力

产生：物体在地面上大学网或地面附近，由于地球的吸引而使物体受到的力但又不能说重力就是地球对物体的引力。

方向或者说是垂直于水平地面的。重力也不是恰好指向地球的球心

大小：根据二力平衡条件可知，物体受到的重力等于物体静止时对竖直悬绳的拉力或对水平支持面的压力。

作用点：重心。形状规则、质量分布均匀物体的重心在其几何中心。用悬挂法可以找薄板状物体的重心。重心不一定在物体上

2.弹力

产生条件：接触、发生弹性形变（接触力、被动力）

方向：作用在使之发生形变的物体上，与接触面垂直（点接触时，垂直于过接触点的切面），指向形变前的位置，一个物体形变产生的弹力不会作用于自身

常见的弹力：弹簧的弹力、绳的拉力、压力和支持力

大小：弹簧的弹力大小遵守胡克定律f=kx，劲度系数k（N/m）

3.摩擦力

产生条件：接触、接触面不光滑、有正压力、发生相对运动和相对运动的趋势（接触力、被动力，有摩擦力必有弹力）

方向：沿接触面，与相对运动或相对运动趋势的方向相反

大小：

（1）.滑动摩擦力f=μFN，动摩擦因数μ，FN指物体对接触面的正压力，其大小与接触面对物体的支持力等大.

（2）.静摩擦力f0、最大静摩擦力fm可由二力平衡条件求，fm略大于滑动摩擦力，在近似计算时，fm近似等于滑动摩擦力

摩擦力既可以做阻力，也可以做动力。

二、受力分析基本步骤.

受力分析是指分析物体实际所受力的情况，在对物体进行受力分析时要注意防止“漏力”和“添力”现象,按一定的步骤和顺序进行受力分析是防止“漏力”的最有效的.措施.一般情况下对物体进行受力分析可按照以下步骤：

1.明确研究对象，并把研究对象隔离出来.

2. 分析重力：地面附近的物体一定受到地球对物体的重力作用。

3.观察跟研究对象接触的物体，并逐个分析与这些接触物对研究对象的弹力、摩擦力（先分析弹力再分析摩擦力）当很难判断是否受弹力、静摩擦力时，可根据假设法进行判断.

4.只分析研究对象所受的力，不分析研究对象对其它物体所施加的力.

5.为了使问题简化，将物体简化，将所有力的作用点都画在物体的重心上.（对杆进行受力分析时例外）

整体法

若研究对象是几个物体组成的，这时可以将这几个物体视为一个整体来对待，然后分析和求解某个力。

三.实例分析

1.分析满足下列条件的各个物体所受的力，并指出各个力的施力物体.

（5）沿传送带匀速运动的物体（2）在力F作用下静止水（

1）沿水平草地滚动的足球

平面上的物体

V V

3）在光滑水平面上向右（

（6）沿粗糙的天花板向右（4）在力F作用下行使在

运动的物体球运动的物体 F>G 路面上小车

2.对下列各种情况下的物体A进行受力分析

（3）静止在斜面上的物体（2）沿斜面上滑的物体A （1

）沿斜面下滚的小球，

（接触面光滑）

接触面不光滑.

（4）在力F作用下静止在物块A （5）各接触面均光滑斜面上的物体A.

3. 对下列各种情况下的物体A进行受力分析，在下列情况下接触面均不光滑.

（3）向上爬杆的运动员

（1）A静止在竖直墙面上（2）A沿竖直墙面下滑

（6）在拉力F作用下静止

在斜面上的物体A

（5）静止在竖直墙面（4）静止在竖直墙面

轻上的物体A 轻上的物体A

A进行受力分析（各接触面均不光滑）

B同时同速向右行（ 1）A、（2）A、B同时同速向右行使向使向

（4）静止的杆，竖直墙面

光滑 A

（6

）小球静止时的结点

（7）沿电梯匀速上升

5.对下列物体作受力分析

A沿着斜面向上运动以上A都处于静止状态 A沿着墙向上运动 A沿着水平面向右运动

6． A物体都静止，分析A物体的受力情况

7．分析下列物体所受的力(竖直面光滑，水平面粗糙)

ABB

8.分析物体在水平面上物体A和B的受力

（图中A、B相对静止匀速向右运动）（图中A、

B相对静止加速向右运动）

分析A和B物体受的力分析A和C受力

如何分析物体的受力情况篇3

力学是初中物理的重要内容，它包括力和运动、简单机械、功和功率、压力、压强和浮力，以上有关力学的这些知识中有很多内容是以对物体进行受力分析作为基础的。只有掌握了对物体的正确受力分析，才能进一步解决有关的力学问题，例如，在研究物体受力与运动的关系时，对物体进行正确的受力分析后，若得出物体受到一对或多个平衡力的作用，则可以得出物体处于平衡状态，即物体有可能处于静止状态或匀速直线运动状态；若得出物体受到不平衡力的作用，则可以得出物体的运动状态一定会发生改变的结论，即物体有可能做加速运动或减速运动。在研究物体的浮沉条件时，对物体进行正确的受力分析后，若得到物体所受的重力大于浮力时，可知物体将下沉；若得到物体所受的重力等于浮力时，可知物体将悬浮；若得到物体所受的重力小于浮力时，可知物体将上浮，由此可知，力学知识中正确的受力分析对学好力学内容至关重要，那么初中物理力学中的受力分析应该如何有条理有步骤地进行呢？现本人结合多年的教学经验浅谈如下：

第一步，明确被研究对象，看看被研究的是什么物体或是哪个物体。一般来说，被研究的对象就是指受力物体。受力物体顾名思义就是指受到别的物体对它施加的力，而不要把它对别的物体施加的力当成它的受力。有时，当被研究的对象不止是一个物体时，那么就必须做到在每分析完一个物体所受的力后，再去分析下一个物体的受力，而不要同时分析好几个物体的受力，避免出现张冠李戴的情况。

第二步，弄清被研究对象周围有哪些物体。也就是说在明确了被研究的对象后或是指明了受力物体后，就要把这些力的施力物体一一找出来进行分析，可知有两种情况：一是施力物体和受力物体是直接接触的，二是施力物体和受力物体是间接接触的。先分析直接接触。例如，放在地面上的木块，木块和地面是直接接触的，木块受到地面对它的支持力。例如，挂在弹簧上的物体，物体和弹簧也是直接接触的，物体受到弹簧对它的拉力等。不过，如果被研究的物体和周围某物体虽然直接接触了但没有发生弹性形变，那么彼此间就不会有力的存在。

第三步，在弄清楚了施力物体和受力物体后，接下来就要分析受力物体具体受到施力物体对它施加的有哪些力，在初中力学里，物体所受的力一般有如下几种：重力、支持力、压力、拉力、推力、摩擦力、阻力、浮力等等。例如，在斜面上滑动的物块不仅受到斜面对它的支持力，还受到斜面对它的摩擦力。在水中游行的小鱼，不仅受到水对它的浮力，还受到水对它的阻力等。

第四步，在指明了受力物体受到了哪些力后，紧接着就要研究施力物体施加的力的方向是怎样的。一般情况下，力的方向应是从力的施力物体指向力的受力物体，但是一个力的方向通常是按照具体力的类型来决定的：比如拉力，如果有绳状牵引物，则拉力一般是沿着牵引物的轴向方向的。对于对弹簧施加的压力，如果没有特别的说明，压力的方向应该是沿着弹簧轴向方向的。又如，摩擦力，摩擦力的方向是与物体相对运动的方向相反的，同时还要看摩擦力的方向是否沿着接触面方向，如果只考虑摩擦力方向阻碍相对运动，是不够的，还要指明它是沿着接触面的方向。

第五步，在知道了物体的受力情况后，还要对物体所受到的力进行排查，去伪存真，去掉伪力。那么，什么是伪力呢？说简单一些，伪力就是不存在的力，即指没有施力物体的力。比如，一个做直线加速运动的物体，如果你找了好久也没找到施力物体是谁，那么，这个物体的加速度就是由一个伪力提供的，一般是与参照系的运动情况有关。

最后要说的是物体的受力分析还要结合物体的运动情况，例如，在水平传送带上放着一个物体，当传送带载着物体匀速运动和匀加速运动时，物体在这两种情况下受到哪些力？有些同学会说：“在这两种情况下，物体都是受到三个力的作用，即除受到重力和支撑力外，还受到一个与传送带运动方向相同的摩擦力。不然，物体怎能随传送带一起运动呢？”在此，我们应对物体的运动和受力情况作具体分析，从而作出正确的判断。当传送带载着物体作匀速运动时，物体相对于地面虽然是运动的，但相对于它接触的传送带而言，既没有发生相对运动，也没相对运动的趋势，所以，这时物体没有受到摩擦力的作用。只是由于惯性，物体随传送带一起作匀速运动。可见，在这两种不同的运动状态下，物体所受的力是不同的。当作匀速运动时，物体只受到重力和支持力的作用；当作匀加速运动时，物体受到重力、支撑力和摩擦力的作用。

综上所述，要正确分析物体的受力，应认准对象，看清环境，结合物体运动状态深入分析，逐个找全，以免漏掉一个力，而每找一个力，都要思考是否存在这个力，是否有这个施力物体，以免凭空多加一个力。

参考文献：

浅析物体的受力分析篇4

力是物体间的相互作用, 也就是说力是不能离开物体单独存在的。一个物体叫做施力物体, 一个物体叫做受力物体, 这两个物体缺一不可, 这两个物体发生相互作用就存在“力”, 否则就没有“力”。

在力学中所讲述的力可分为三种性质。

1. 重力是物体由于受到地球的吸引而使物体受到的力, 它属于引力性质。

地球周围有一个引力场, 所以处在地球表面和上空的物体都会受到此作用, 即每个物体都会受到重力的作用, 而且只受一个重力, 方向始终指向地心, 单位为mg。这个力不以物体运动状态和所处的位置而改变。

2. 弹力是两个物体直接接触且发生弹性形变, 物体要恢复形变而产生的一个力, 它是弹力性质。

两个物体直接接触且发生弹性形变是产生弹力的两个条件。弹力的方向总是垂直接触面或垂直接触点所在的切面与产生弹力的物体的形变方向相反, 其大小与物体形变的程度有关系。在弹性限度内形变越大产生的弹力越大。只有对弹簧拉伸和压缩时, 对金属一类的弹性物体受到拉伸时, 才能用胡克定律来计算弹力的大小。

3. 摩擦力分滑动摩擦力和静摩擦力。

滑动摩擦力是在两个相互接触的物体间, 具有弹力, 接触面不光滑且具有相对滑动时产生的。它产生在物体接触面上, 其作用是阻碍相对滑动, 因此其方向总和相对滑动的方向相反, 其大小由f=μN求出。静摩擦力则是相互接触的物体, 相对静止时, 相互接触的物体间有弹力, 接触面不光滑且具有相对运动趋势时产生的。它同样产生在两个物体的接触面上, 与相对运动趋势的方向相反, 所谓相对运动趋势的方向就是没有静摩擦力时, 物体相对滑动的方向。静摩擦力是大小变化的力, 接触的两个物体没有相对运动趋势时, 静摩擦力为零, 有相对运动趋势, 静摩擦力始终和沿相对运动趋势方向的外力大小相等方向相反, 且在一条直线上。沿相对运动趋势方向的外力逐渐增大静摩擦力跟着逐渐增大, 如果沿相对运动趋势方向的外力与最大静摩擦力大小相等了, 则物体就要开始滑动了, 以后的摩擦力即为滑动摩擦力, 最大静摩擦力略大于滑动摩擦力。

力学中讲的就是这三种性质的力。在分析物体受力时, 要看有几个物体和研究对象直接接触, 有一个物体和研究对象接触且具有产生弹力的两个条件就有一个弹力, 有两个和研究对象接触且具有产生弹力的两个条件就有两个弹力。

在两个具有弹力的接触物体间又具有产生摩擦力的条件, 就一定有摩擦力, 和弹力一样可能具有多个, 所以在分析物体受力时不要漏, 要一一分析。

因为相互接触的物体之间还可能存在着力学以外的其他力, 如电磁力, 所以在分析了重力、弹力、摩擦力之后, 再看看存在不存在其他的力包括题目上的外力。

掌握了以上有关力的基本知识之后, 分析物体的受力的步骤是:首先明确分析我们所研究的对象。其次我们只分析与研究对象接触的其他物体给研究对象的力。初学习要按一定的顺序分析, 即一重力、二弹力、三摩擦力, 然后再去看其他的力, 这样不至于漏分析或多分析力。分析完后, 要画出物体的受力图。

为了帮助同学们记住受力分析, 我总结出一首分析受力的顺口溜, 如有不妥之处, 请随时纠正。

“受力分析”顺口溜:

一个概念三种力, 基础知识要牢记。

分析受力并不难, 明确对象第一关。

一重二弹三摩擦, 然后再去看其他。

重力竖直且向下, 任何情况不变化。

接触形变生弹力, 一一分析别漏下。

弹力方向要记准, 垂直触面反形变。

摩擦生在接触面, 弹力存在首条件。

相对运动粗糙面, 产生条件要看全。

相对运动方向反, 作题画图别乱添。

摘要：物体的受力分析是中学物理教学过程中一个非常重要的环节, 是中学生学习过程中的一个难点。在物理教学中怎样突破这个难点, 是物理教师都在思索和探究的。在此, 本人将自己的认识、心得体会加以概述, 望本文能对物理教学和学生学习物理有所帮助。

物体的受力分析篇5

1.1 受力分析的概念

受力分析，就是把研究对象受到的所有力用力的示意图表示出来的过程。比如，将一个物体放在水平桌面上静止，分析该物体受各种力的情况。

常见的力有三种，重力、弹力和摩擦力。重力，是由于地球的吸引而使物体受到的力，它有别于地球对物体的吸引力。在一般使用上，常把重力近似看作等于万有引力。一般认为，重力的大小是不变的。了解弹力需从两方面人手，一是形变，二是弹性限度。物体发生形变时，总想恢复原来的形状，而能恢复原状的前提条件就是在弹性限度内。两个物体接触并且产生形变才能产生弹力。但如果只是靠在一起，看上去接触，物体之间没有挤压，便不存在弹力。摩擦力的产生主要有三个条件，一是粗糙的接触面，二是接触面间有弹力作用。三是两物体间有相对运动或相对运动趋势。

1.2 受力方向的分析

在对物体进行受力方向的分析时，通常按照一定的顺序来分析。依次是重力、弹力和摩擦力，最后是其他的力。

重力的方向是竖直向下，或者说是垂直于水平地面的。若说是垂直于地面，则是错误的。由G=Mg可知，G与g的方向是一致的。分析弹力的方向，若是面接触的，则垂直于作用面；线接触的。则沿着细线，与细线形变的方向相反，或者说与细线收缩的方向相同。滑动摩擦力的方向与相对运动的方向相反，不是与物体运动的方向相反。静摩擦力的方向则与相对运动趋势的方向相反，较相对运动方向而言，相对运动趋势方向更为抽象。

2 高一物理物体受力分析教学方案创新

2.1 因材施教，抓住高中物理教学的特点

高一教学不同于初中，在课程目标上。不仅仅只重视知识的学习，更注重培养学生们的科学素养。在课程结构上，应安排不同的模块根据学生们的不同学习需求，提倡学生自主性地学习。在课程内容上，在培养学生们必备的基础知识素养的同时，还应加强与社会的联系，培养良好的社会意识和创新精神。在课程实施上，积极引导学生自主探究与交流，提倡多种方式的培养。在课程评价上。从各方面进行评价，注重过程，帮助学生建立正确的自我认识的机制。在传授知识的同时，更应加强科学素养的培养。

2.2 方式多样，培养学生对受力分析问题的积极性

就教学方式而言，教师要改变传统教学方式，采用新的多样化的教学手段，带着学生走向知识。教学过程中，教师应采用多样化的方式。可通过文字、图片、视频播放及实验演示等多种手段来加强对学生学习方法的指导。运用开放式的教学。有序的策划、引导、组织拓展学生自主探索的能力。这有助于培养学生学习自主性的提高。不仅仅是依靠教师单纯地讲授或讲解，而应通过多样化的方式培养学生解决问题的思路、途径和方法。学生在明确所要解决问题的基础上，通过各种各样的方式培养对解决问题的积极性，搜集所需要的知识和信息，自主进行分析和处理，并能合理的利用知识和信息解决提出的问题。就物体受力方向的分析问题而言，教师可以将常用的隔离法、整体法、假设法和动态分析法贯穿进实验中，演示给学生看。

例如，假设一皮带运输机匀速运动的速度一定。第一次是把货物送往高处，第二次是把该货物送到低处。要分析两次运送中货物所受静摩擦力的方向是否相同，若凭空想象，学生易犯想当然的错误，认为肯定相反。这时便可借助模拟实验来分析。教师可以借助小车和斜坡等道具模拟货物运送的场景，向学生演示，分析物体的受力，可发现送往高处时，货物受到重力、支持力和沿皮带向上的静摩擦力；送往低处时，仍然是在这三个力作用下，可知大小和方向都没有改变。学生通过生动的实验案例演示，既能激发对这一问题研究的兴趣，又可避免陷入思维误区。

2.3 反馈调节，积极关注学习进度动态

受力分析问题是高一物理教学中的难点问题，主要原因是学生分析问题的能力还不够。要想解决这一问题。只依靠简单的计算和公式的套用是远远不够的。对物理情景的理解不够，对力的产生条件的运用不熟，对思维误区的无法纠正，这些问题的解决都需要学生们及时反馈学习情况，教师们积极关注学生们的学习动态。教师可通过多种渠道来及时获取学生学习中的反馈信息。可从课堂教学中、课余时间内和对自我工作的反省中获取这些信息。课堂上，教师应关注学生的学习态度是否积极，兴奋点在哪里，所遇到的困难有哪些，根据这些表现来调整教学方法，从而可最大化地提高学生的学习效率。课下，教师要耐心倾听学生的评论，通过学生的作业或者其他方式来了解学生对课堂知识的掌握度，根据学生提出的建议不断完善教学机制，在对自我工作的反省中，教师应记录自己教学行为中的优缺点以及需要完善的地方，不断提高和超越自己，将获得的信息及时评价并反馈给学生，促进教学发展。

3 结语

总而言之，想要正确地解决物理问题。首先就要对物体进行正确的受力分析。这是学好物理的前提条件。但是物体的受力分析问题难度很大，综合性非常强，牵涉到许多知识面。无法正确又顺利地对物体进行受力分析，是很多刚步入高中的学生面临的一大难题，成了学生学习物理的“拦路虎”。所以，只要方法得当，遵循一定的学习规律，避免陷入误区，学生还是能很快轻松掌握受力分析的。

参考文献：

[1]张国林.浅析高中物理教学中学生逻辑思维能力的培养[J].新课标，2009（5）.

[2]赵飞.高中物理教学方案创新研究[J].国学资讯，2011（3）.

物体的受力分析篇6

关键词：高中物理,物体受力,分析

正确分析物体受力是学好高中物理的基础, 是将来走向社会分析处理问题的一项基本功。也是高中物理解题和高考取得优异成绩、步入大学更深层次学习物理的关键, 能不能正确合理快速的受力分析, 直接关系到解题的正确性和高考成绩的高低。特别是较复杂的问题中学生往往会出现多力或少力、弄不清某个力的方向, 为此也就不能准确地判断物体运动的情况, 从而造成对问题的错解, 导致失分。本文就教学中如何引导学生正确分析物体受力及养成良好的分析习惯, 结合我多年的教学实践谈点经验。

一、注重受力分析顺序的培养

物体受力分析要强调分析的顺序, 即:遵循“先易后难”的原则, 这种习惯从高一就要抓起。先分析方向明确的力, 再分析有疑惑的力。高一侧重分析重力、弹力和摩擦力。要先分析重力, 再分析弹力, 最后分析摩擦力。因为重力是每个物体必然受到的力, 且方向总是竖直向下, 最为明确, 没有疑惑。而弹力必须发生在相互接触且有挤压发生形变的接触面上, 为此分析弹力首先要看有没有相互接触, 再看有没有挤压使物体发生形变, 对于微小不明显的形变要根据是否产生相应的效果进行判断, 如果产生一定的效果则一定会有弹力产生。分析摩擦力首先看有没有弹力产生, 要在弹力存在的前提下看有没有相对运动或相对运动的趋势。故弹力和摩擦力的分析较复杂一些, 有弹力不一定存在摩擦力, 而有摩擦力则一定有弹力。特别是到高二、高三, 力的种类较多, 出现电场力和磁场力, 物体的运动相对复杂, 一般先分析重力、电场力、磁场力, 而弹力和摩擦力则要根据这些力产生的效果来进行分析, 因为弹力和摩擦力可能会因为电场力和磁场力的有无有关, 也会因为电场力或磁场力的变化而发生变化。

二、注重培养规范作图的良好习惯

规范的作图有利于将复杂问题变得简单直观。要把物体受到的力规范地画出来, 让人一看就简捷、直观, 避免因作图不清而出错。作图要体现出力的三要素, 即大小、方向和作用点。实际问题中只要画出力的示意图即可, 在作图中要着重体现出力的方向和作用点。每分析出一个力, 就要用带箭头的射线画出来, 并用规范的字母符号标出来。对于暂时不能确定的力, 可先不画, 而从分析中逐步去确定。对于不能确定的力可采用假设法, 假设有这个力看将会发生怎样的结果, 如物体间的静摩擦力等;也可从物体的运动状态进行分析, 若没有某个力看将会产生怎样的结果, 最终确定有没有某个力。从高一开始就使学生养成这样的良好习惯, 就会使以后出错的可能大大减少。

三、注重分析方法的培养

反思受力分析出错的原因, 往往是因学生凭感觉、凭想象, 或者多添力、或者遗漏力。培养学生科学的分析方法, 可以从以下几个方面入手:

1. 从产生力的条件入手, 分析每个力是不是有条件产生。

比如, 要产生弹力, 就要满足两个条件:接触和有弹性形变 (往往是物体间相互挤压等) ;要产生摩擦力就要满足四个条件:接触、接触面粗糙、和别的物体相互挤压、有相对运动或相对运动的趋势, 这四个条件缺一不可。

2. 从寻找施力物体入手。

力是物体间的相互作用, 每个力的产生必然依靠两个物体相互作用。故每个力必然能找到施力物体。每当分析一个力时, 要求学生寻找是哪个物体给予了这个力, 否则这个力就不存在。弄清施力物体, 对于这个力的方向以及是否存在的判断有很重要的作用。

3. 利用平衡条件去分析。

有些力从表面看很难说存在不存在, 这就要结合平衡条件去分析。分析时可采用假设法, 假设某个条件不存在, 看物体是否仍然平衡, 若平衡则说明假设成立, 若不平衡则假设不成立。

四、注重多物体系统中研究对象的选择

对多物体系统, 要根据问题的设计合理正确的选择研究对象。对单个物体, 要将某个物体从系统中隔离出来进行分析;对于整个系统的问题, 可将整个物体系统看成一个整体进行分析, 即整体法, 但整体法的条件是整个系统具有相同的运动状态;对于运动状态不同的系统必须采用隔离分析法。然而, 学生往往还没弄清研究对象就已经开始了受力分析, 因此分析乱作一团。所以在教学中教师要引导学生正确分析题目的意图, 再确定受力分析的对象, 并注意科学有序地去分析。

五、注意出现可能性多解的讨论

有时候某个力的大小或方向出现多种可能性, 比如摩擦力的分析:用一倾斜向上的推力将一木块压在坚直的墙壁上静止, 分析摩擦力时就出现三种情况:推力较大时物体可能有沿墙壁向上滑动的趋势, 木块受到沿墙壁向下的静摩擦力;推力较小时物体可能有沿墙壁向下滑动的趋势, 木块受到沿墙壁向上的静摩擦力;当推力沿墙壁向上的分力和重力等大时, 木块既没有上滑趋势也没有下滑趋势, 这时墙与木块间没有摩擦力。

如何对物体进行受力分析篇7

物体受力分析方法

有关物体受力分析方法, 教材上谈的很含糊, 大多数学生就是把物体受力分析步骤当作分析方法, 结果学生学完了, 还是一头雾水;分析物体受力情况时没有可靠的依据, 而本人经过多年的教学实践, 在掌握力的概念和牛顿定律的基础上, 总结出一套物体受力分析的方法;该方法是:要分析一个物体受几个力的作用, 首先要看该物体和周围哪些物体有相互作用, 然后再看有几种相互作用, 有几种相互作用就受几个力的作用。

分析物体受力时容易混淆的问题

在进行物体受力分析时, 物体并非单独存在的, 而是往往同时跟几个物体发生相互作用, 同时受到多个力作用, 我们在受力分析时就会出现容易混淆的问题, 这些问题如果不解决, 就会直接影响你对物体受力分析的正确判断。因此、正确区分这些容易混淆的问题, 在画受力图中占有特别重要的地位。下面简单介绍几种分析物体受力时容易混淆的问题。

1. 认为相互接触的物体之间一定有弹力存在。

相互接触的物体之间一定有弹力存在吗?回答是"不一定的";物体之间是否有弹力, 还要看物体之间是否发生了弹性形变, 当物体之间有弹性形时, 物体之间才有弹力, 否则就没有弹力。如 (图一) 所示, 球和墙面之间虽然有相互接触但没有发生形变, 所以物体之间没有弹力;判定物体之间有没有弹力, 可以用平衡法和牛顿运动定律来判定;如果墙体对球有弹力作用, 球就会向右加速运动, 物体所受合外力不为零, 物体就不平衡, 所以球和墙面之间没有弹力。

2、认为摩擦力的方向和物体运动方向相反。

摩擦力的方向和物体的相对运动方向或相对运动趋势方向相反, 而不是和物体运动方向相反。如 (图三) 所示, 当皮带向右作加速转动时, 物体向右运动, 受到摩擦力向右, 物体相对皮带有向左运动的趋势。当皮带减速转动时, 物体向右运动, 物体受到摩擦力向左, 物体相对皮带有向右滑动的趋势。因此、摩擦力的方向不是和物体运动方向相反, 而是和物体相对运动或相对运动趋势方向相反。

3、不会区分惯性现象和受力现象。

分析物体受力时, 许多学生认为空中飞行的子弹受到推力作用。认为力是维持物体运动的原因, 其实这些力是不存在, 这种认识是错误的, 力不是维持物体运动的原因, 而是改变物体运动状态的原因。如果空中飞行的子弹受到推力的作用, 子弹运行状态则会改变, 子弹的速度就会越来越快。

4、分不清分力和合力问题。

分析放在斜面上的物体受力时, 许多学生认为物体除了受到重力G作用以外, 还要受到下滑力F1和垂直于斜面的压力F2作用, 这种分析方法是错误的, 因为F1、F2是重力G的两个分力, 分析物体受力时只画出G就可以, 不必要再画出F1、F2。 (图二)

5、分不清平衡力、作用与反作用力。

平衡力是作用在一个物体上的各个力, 它们的合力等于0, 它能使物体保持平衡。它们可以是同性质的力, 也可以是不同性质的力。作用与反作用力是作用在两个物体上, 它们即不能平衡也不能相互抵消, 不存在平衡问题;但作用力与反作用力必须是同性质的力, 要是引力都是引力, 要是弹力都是弹力。

物体受力分析的步骤

正确区分力学中容易混淆的问题, 认真分析物体的受力情况, 画出物体的受力图, 是解决力学问题的关键。分析物体受力的步骤如下:

1.确定研究对象。确定研究对象, 了解研究对象的运动状态, 研究对象可以是物体、质点、交点或一个体系。

2.画分离体。为了清晰地分析物体的受力情况, 便于分析计算, 必须把所研究的对象与周围相互作用的物体中分离出来, 画出该物体的示意图, 该图形称为物体的分离体。

3.分析物体的受力。结合研究对象的运动状态, 分析哪些物体对它有力的作用。分析物体受力时, 按重力、弹力、摩擦力、牵引力及其他力的次序来进行分析。

(1) 重力。先分析物体受的重力, 在没有特别说明的情况下, 所有的物体都受到重力的作用;重力的作用点在物体的重心, 重力的方向是竖直向下的, 重力大小与物体的质量有关, G=mg。

(2) 弹力。分析与研究对象接触的有关的物体有几个, 然后分析每个关联物是否对研究对象施加了弹力作用。根据研究对象与关联物是否有挤压与拉伸等引起的弹性变形, 从而确定是否受到弹力作用。弹力的作用点在物体之间的接触点, 弹力的方向通过接触点, 沿着接触处的公法线方向指向研究对象, 弹力的大小可以根据具体情况来计算。

(3) 摩擦力。如果接触面内存在弹力作用, 并且接触面是粗糙的, 在根据接触面间是否有相对运动或相对运动趋势, 从而确定是否受到摩擦力作用。摩擦力的作用点在物体的接触面, 摩擦力的方向与物体的相对运动方向相反, 摩擦力的大小可以根据公式求得, 也可以根据物体具体受力情况来计算。

(4) 分析物体受到的牵引力。如果研究对象受到绳索、链条等柔软物体的作用, 研究对象就会受到牵引力的作用, 牵引力的作用点在它们的接触点, 牵引力的方向沿着绳索背离研究对象, 大小根据具体情况计算。

(5) 其它物体所施加的作用力, 如电场力、磁场力等其它力的作用。

4.画出受力图。画出研究对象所受的全部力, 画受力图时要注意力的大小、方向、作用点。研究对象对其他物体的作用力在受力图中不应画出。

摘要：研究物体的平衡和运动问题, 首先要确定研究对象, 并对对象进行受力分析, 画出受力图, 这样便于对物体的平衡和运动问题进行分析计算。

物体的受力分析篇8

关键词：弯曲悬臂梁,有限元,刚度矩阵,变形,应力,应变

0 引言

物体受力变形和应力分析是工程中的常见问题, 它在受力零件设计过程中是不可或缺的重要工作, 例如在飞机承力梁、高压导管支架等的设计阶段对其将来在飞行中承受载荷后会出现的变形量、变形后轮廓进行估计以及完成强度校核。这类问题的实质是经典弹性问题, 它们的数学模型一般都是一组具有相应边界条件和初值的微分方程, 这些微分方程组的解析解能够向我们展示出精确且完整的系统行为, 也就是我们所需要的分析结果[1,2]。但由于这些微分方程组的复杂性, 我们又往往无法得到它们的解析解, 这时我们就需要利用数值方法来求出近似解, 这时在系统中各“节点”的数值解近似于解析解。因此我们在使用数值方法进行求解前需要对“节点”和“单元”进行合理划分和定义, 也就是“离散化”[2,3]。在此过程之后我们再使用数值解法对问题进行求解。有限元法是工程中常用的一种数值解法, 它使用积分方法来建立系统的代数方程组, 用一个连续的函数来近似描述每个单元的解, 正因为每个单元的边界是连续的, 因此整个系统的解可以由每一个单个的解“组装”起来[2,3]。不难理解, 当我们所划分的单元趋近于无穷多时, 使用有限元法所得的解会趋近于精确解。本文将基于有限元法的基本原理, 对具体受力物体进行变形和应力的分析和研究, 求解出物体的形变轮廓和相应的应力分布。

1 物体受力工况

图1所示为工程中常见的弯曲悬臂梁。假设该悬臂梁的形状为圆形的四分之一, 不考虑悬臂梁自重, 所以当不受外力时悬臂梁处于无应力状态。内边半径为r=2.5m, 梁厚度为h=0.5m, 宽度为0.1m。悬臂梁材料的杨氏模量为75GPa, 泊松比为0.3。所受外部拉力为。假设该问题为平面应变问题。

2 单元划分

首先为悬臂梁建立一个整体坐标系, 在整体坐标系下将悬臂梁划分为 (i-1) × (j-1) 个单元, 相应在梁上得到了i×j个节点, 如图2所示。

由此可以得到每个节点在整体坐标系中的坐标, 一般地, 对于节点Nodeab∶ (xab, yab) 的坐标为:

而对于每个单元, 可以得到该单元所对应的四个节点分别为:

3 单元分析

上一节得到了每个单元在整体坐标系中的描述, 现在就每个单元进行独立分析。就每个单元建立局部坐标系, 如图3所示。

四个节点在整体坐标系中的坐标分别为x1, y1, x2, y2, x3, y3, x4, y4。

设该矩形单元的长度为, 宽度为, 对于单元内的任一局部坐标为的点, 可以得到其对应的整体坐标系坐标为:

其中:

N1, N2, N3, N4即为该单元的形函数, 令可以得到:

从而将形函数从局部坐标系转化到了变量ξ和η从-1到1的自然坐标系。以便于后面的高斯-勒让德积分公式使用。

4 有限元法求解

对于经典弹性力学问题中的平面单元, 应力应变情况如图4所示:

对于平面应变问题, 应力和应变的关系为[1,2]:

E为杨氏模量, ν为泊松比。

应变和位移的关系为[1,2]:

位移和外力的关系为[1,2]:

K为刚度矩阵, d为位移矩阵, f为荷载矩阵, r为反作用力矩阵。

因应力应变产生的应变能为[1,2]:

利用形函数得到矩形单元中任一点的位移的表达式:

d1x, d1y, d2x, d2y, d3x, d3y, d4x, d4y为矩形四个顶点在x和y向的位移。

根据公式 (16) , 公式 (19) 和公式 (20) , 可以得到:

将公式 (23) 代入公式 (18) , 得到:

求公式 (24) 关于位移的微分, 可以得到Kd的表达式, 这里的K即为单元的刚度矩阵[1]:

整体坐标系和自然坐标系之间变换的雅可比 (Jacobian) 矩阵为[1,2,3]:

即:

将公式 (4) 和 (5) 代入公式 (26) 有:

由公式 (28) 和公式 (29) 可得到H。

利用雅可比矩阵, 公式 (25) 可变为:

t为悬臂梁宽度。

使用两点高斯-勒让德积分公式, 公式 (30) 可变为:

得出每个单元的刚度矩阵后, 按照节点位置将各单元刚度矩阵组合为全局刚度矩阵, 之后代入公式 (17) , 得到:

由于前i个节点为固定点, 可将公式中各矩阵的前2i行去除, 最终可求得各节点的位移值, 计算结果如图5:

可以看出悬臂梁在受拉力后尖端形变位移量最大, 向固定端方向形变位移逐渐减小。

根据公式 (16) , 可求得每个单元的应变。得到应变后可以根据公式 (14) 和公式 (33) 求出米塞斯应力:

计算结果如图6:

从计算结果不难看出最大的应力发生在悬臂梁的中部位置, 该处是此工况下最容易发生失效的部位。为了防止使用中的潜在危险, 需要对该区域进行加强, 例如增加该处的局部宽度;相对来说悬臂梁的固定端和尖端位置应力小很多, 这些区域在此工况下比较安全。

5 结束语

有限元分析方法在当今基础理论研究和工程领域得到了广泛的应用, 全世界每年有数十亿美元被花费在有限元分析工作中。本文基于有限元方法, 选取工程应用中常见的弯曲悬臂梁作为研究对象, 建立了计算模型, 通过完整的分析和求解过程, 最终得到其受力后的变形轮廓以及应力分布, 为该悬臂梁的工程设计和优化提供了验证和指导。文中所展示的分析方法在工程设计中具有很高的实用性, 可以将其作为一套有效的工具来为各种受力零件和结构的设计提供支持。

参考文献

[1]王崧, 刘丽娟, 董春敏.有限元分析——ANSYS理论与应用[M].北京:电子工业出版社, 2011.

[2]Y.C.Fung, Pin Tong.Classical and Computational Solid Mechanics[M].Singapore:World Scientific, 2001.

物体的受力分析篇9

例1如图1所示固定在地面上、绝缘材料制成的半球形碗, 内壁光滑, 球心为O点, 碗底部固定一个带正电的点电荷A, 另一个也带正电的点电荷B, 质量为m, 静止在碗中, OB连线与竖直方向的夹角为θ=75°, 由于漏电, 点电荷B的电荷量不断减少, 沿碗壁缓慢下降.在电荷量减少到零之前, 关于点电荷B受力情况下列说法正确的是 ()

(A) 支持力N变大、库仑力F变小

(B) 支持力N变小、库仑力F不变

(D) 支持力N不变、库仑力F变大

分析:对点电荷B受力分析, 点电荷B在重力G、弹力N、和库仑力F三个力作用下处于平衡状态, 它们组成首尾相连的矢量三角形GFN, 如图2所示.由于漏电, 两个点电荷之间的距离不断减小, 该过程中矢量三角形GFN与几何三角形OAB对应的三条边始终分别平行, 两个三角形始终相似, OA/G=OB/N=AB/F, OA和G均为是定值, 所以比值是一个定值, 由于在整个动态变化中, OB不变, AB减小, 故支持力N不变、库仑力F变小, (C) 选项正确.

例2如图3所示, 一光滑半球固定在水平面上, 在其球心O的正上方固定一个小定滑轮B, 细线的一端拴一小球A, 另一端经过定滑轮, 如果缓慢地将小球A从图示起点拉到半球最高点之前过程中, 小球受到半球对它的支持力N、细线拉力T的变化情况是 (

(A) 支持力N变大、拉力T变小

(B) 支持力N变小、拉力T不变

(D) 支持力N变小、拉力T变大

解析:由于小球从起点拉到半球最高点之前过程中, 总是处于三个力共同作用下的动态平衡状态.因此, 力G、N、T构成矢量三角形 (如图4所示) , 在整个过程中矢量三角形GNT始终与几何三角形BOA相似, 对应边成比例, 可得BO/G=OA/N=AB/T, 由于BO和重力G都不变, 它们的比值一定, 而OA不变, AB减小, 由比例关系可知支持力N大小不变、拉力T变小.正确答案为选项 (C) .

例3如图5所示, 光滑的半球形物体固定在水平地面上, 细线一端系住小球A靠在半球面上, 线的另一端B在半球顶点正上方, 现将线的端点B上移, 小球A缓慢地沿球面运动, 从起点到半球最高点之前的过程中, 细线对小球的拉力T、半球对小球的支持力N的变化情况是 ()

(A) 拉力T变大、支持力N变小

(B) 拉力T变小、支持力N变大

(D) 拉力T变小、支持力N不变

解析:小球受三个力G、N、T的作用缓慢地沿球面运动, 整个过程中一直处于平衡状态, 这三力构成矢量三角形, 如图6所示.整个过程中, 矢量三角形GNT与几何三角形BOA对应边总是平行, 任意一个状态两三角形总相似.对应边成比例可得:BO/G=OA/N=AB/T, 由于BO增大, 重力G不变, 故二者比值增大, OA、AB不变, 所以拉力T、支持力N均减小.选项 (C) 正确.

练习:

1.一轻杆BO, 其O端用光滑铰链铰接于固定竖直杆AO上, B端挂一重物, 且系一细绳, 细绳跨过杆顶A处的光滑小滑轮, 用力F拉住, 如图7所示.现将细绳缓慢往左拉, 使杆BO与杆AO间的夹角θ逐渐减小, 则在此过程中, 拉力F及杆BO所受压力N的大小变化情况是 ()

(A) N先减小, 后增大 (B) N始终不变

2.如图8所示, 将一带电小球A用绝缘棒固定在水平地面上, 在距小球正上方高为l的一悬点O处, 通过长也为l的绝缘细线悬吊一个与球A带同种电荷的小球B, 当小球B处于平衡时, 悬线与竖直方向成某一夹角θ.现设法逐渐增大球A的电量, 则悬线OB对小球B的拉力T的大小将 ()

(A) 变大 (B) 变小 (C) 不变 (D) 不能确定

答案:1. (B) 2. (C)

物体的受力分析篇10

知识与技能：使学生了解牛顿第一定律。使学生领会得出牛顿第一定律的科学方法。理解惯性是物体保持静止状态或匀速直线运动状态的性质。知道一切物体在任何情况下都具有惯性。知道日常生活中的惯性现象。能分析惯性现象在生活中的利用和危害。

过程与方法：在解释惯性现象的过程中进行语言表达能力的训练。

情感、态度与价值观：①渗透物理与生活实际相联系，物理知识解决问题的方法教育。②通过探究与交流，使学生有将自己的见解公开并与他人讨论的愿望，认识交流合作的重要性，有主动与他人合作的精神。

教学重点：牛顿第一定律、认识一切物体在任何情况下都有惯性。

教学难点：牛顿第一运动定律的表述、正确认识惯性现象。

教学过程：

一、新课引入

[演示]：静止在木板面上的小车受力后运动，撤力后慢慢止。

[设疑]：那么是不是说必须有力作用在物体上，才能使物体继续运动，没有力的作用，物体就要停下来？

二、新课教学

1、牛顿第一定律。

[讲解]：早在2000多年前古希腊的哲学家亚里士多德就说过“运动者皆被推动”，根据亚里士多德的观点就是说，小车的运动需要推力去维持。大家都同意他的观点吗？

[演示实验]：从斜面滑下的小车，在水平面上运动，小车在水平方向上，没有用力推它，但小车仍然向前运动。

[提问]：小车没有受到水平的推力作用却仍然能运动，这不是和亚里士多德的观点相违背了吗？那么我们今天就来探究一下物体的运动一定需要力来维持吗？

第一，提出问题：物体的运动一定需要力来维持吗？第二，猜想与假设：[学生活动]：学生对问题做出猜想，教师进行适当的评价。第三，制定计划与设计实验。

[讲解]：我们现在还是回到这辆小车，我给它一个推力它就能运动，那么它为什么运动一段距离以后又会停下来呢？小车在运动过程中受到了摩擦力的作用，有力阻碍了小车的前进，水平方向上没有其它力的作用，这样我们想办法让摩擦力更小，观察小车的运动情况。

[讨论]：怎样改变小车所受的摩擦力？

[归纳]：我们通过用表面光滑程度不同的材料来改变小车所受的摩擦力。

[展示]：展示三种材料：毛巾、纸板、玻璃。让学生感觉它们表面的光滑程度。

[讨论]：小车滑行的距离会不会受到其它因素的影响呢？

[讲解]：摩擦力和初始速度都对小车滑行距离有影响，这里就有两个变量了，我们讲过当探究多个变量对实验结果的影响时，我们可以采用控制变量法。控制摩擦力不变的情况下，改变速度，观察小车在水平轨道上运动的情况，这探究的是速度对物体运动情况的影响，这不是我们今天探究的问题。我们今天探究的是力是不是维持物体运动的原因，那么我们就应该在保持速度不变的情况下改变摩擦力的大小，观察小车在水平轨道上的运动情况。

[讨论]：如何来控制物体开始在水平轨道上运动时的速度保持一样呢？

[教师点拔]：推力或从高处滑下，让小车获得速度；推力不好控制。

[总结]：我们可以让小车放在斜面的同一高度，让其自由下滑，注意不能给小车力，保证小车在水平轨道上开始运动时具有相同的速度。

第四，进行实验与收集证据。

实验：让小车分别从同一斜面的相同高度自由滑下，观察小车在不同材料的水平面上运动的情况。（分别铺上毛巾、纸板、玻璃）

第五，分析与论证。水平面越光滑，小车受到的摩擦力越小，小车的速度减小得越慢，小车运动距离就越长。

[讨论]：假如水平方向上的摩擦力突然消失了，那么运动的小车将会怎样？

[总结]：假如水平面对小车完全没有摩擦，小车将永远运动下去。

[讲解]：如果接触面光滑时，摩擦力为零，速度也就不再减小，将永远运动下去。小车不受力也能够永远运动下去，说明力不是维持物体运动的原因，只是改变物体运动状态的原因。

2、惯性。

[学生实验]：①请一个同学迅速击打硬币下的硬纸板；②请一个同学做载有木块的小车受阻而停止运动。

[学生观察并讨论]：从研究对象→原来的运动状态→运动状态变化情况。