中学物理受力分析中常见的错误及其纠正方法

陈开福

（南安市实验中学，福建 南安 362300）

物体之所以处在不同的运动状态，是因为物体的受力情况不同。要研究物体的运动，就得分析物体受力的情况。如何正确对物体受力分析，是研究力学问题的关键，是应该掌握的基本功，也是正确分析与解决力学问题的关键所在。［1］怎样正确分析物体受力情况呢？我们必须着重于培养学生分析问题的能力。分析物体的受力，就得正确分析周围物体对研究对象所施加的力，分析所有作用力的大小、方向和作用点。在地球上的所有物体都受到地心引力，地面上的物体必定受到地球施加的重力，一般说来，与研究对象不相接触的物体可能对它施加磁场力、电场力；与研究对象相接触的物体可能对它施加弹力（如拉力、推力、压力、支持力）和摩擦力。所以，我们要看被研究对象同它周围的哪些物体有关联，从而判断可能有哪些力存在。下面就针对中学物理受力分析中常见的一些错误来分析。

一、错画力

科学概念是抽象的，为了使抽象的概念便于理解表述和交流，人们常用一些形象直观的图样或者模型去表现它们。力的示意图就是一种形象直观表示力的方法。中学物理中，画力的示意图是学习物理的重要方法和技能，为了认识一个力，就要知道这个力的三要素大小、方向、作用点。但教材上从初中学生实际出发，降低了有关计算，作图方面的难度，造成学生对力的三个要素不是太理解。在进行受力分析时，经常会把力的示意图画错，主要表现在以下几个方面：

1.把力的大小画错

2.把力的方向画错

3.把作用点画错

例1 物体放在水平桌面上，受到一个与水平方向成30°角的斜向下的30N 右推力，将这个力的图示画出。

图1 —错误

图2 —错误

［分析］图1 力的大小画错了；图2 力的方向错了；正确的如图3 所示，如果被考虑的物体可以当作质点看待，我们就在物体上标一点，并以这点作为力的作用点。常见的错误还有把物体受力的作用点画在桌面上。

例2 物体放在水平地面上，把物体对地面的压力画出。

图1 —错误

图2 —正确

［分析］图1 是力的作用点画错，主要原因是错把一个物体对另一个物体的压力与重力混淆起来，认为压力就是重力，这是初学力学者常犯的一个错误。作用点要确定在受力物体上，压力是垂直作用在物体表面的力，方向总是垂直指向被变压物体。重力的作用点在重心，方向总是竖直向下。

［纠正方法］必须严格按照作图要求画出力的大小、方向、作用点，必须明确研究对象。通常从周围物体中把研究对象隔离开来，画出简图，只要画出其他的物体对它的作用力，凡是此物体所受之力，必须弄清方向，并标在图上。而此物体对别的物体的作用力不能画在研究对象上。画受力图时要求清楚，要正确画出各力的方向，如弹力的方向要与接触面垂直指向施力物体恢复原形的方向。摩擦力的方向总是在接触面的切线方向，与物体相对运动或相对运动趋势相反。［2］

二、多画力

在进行受力分析时，只分析物体受到的力，不能把研究对象以外的物体受到的力也画在受力图上。学生多画力主要表现在以下几个方面：

1.研究对象不明，将作用于其他物体的力划归自己；

2.虚构和臆造力，把不存在的力多画入；

3.同时考虑合力和分力对物体作用，将合力或分力重复画入。［3］

例3 物体A 沿光滑斜面下滑，画出物体的受力情况。

图1 错误受力分析

图2 错误受力分析

图3 正确受力分析

［分析］图1 学生认为物体要下滑，应该受到一个沿斜面向下的力，虚构了一个沿斜面向下的“下滑力”。物体受到力的作用时，肯定能找到这些力的施力物体，没有施力物体的力是不存在的。下滑力无施力物体，所以它是臆造出来的。图2 多把物体对斜面的压力画入。

例4 竖直向上抛出一小球，对其受力分析。

图1 错误受力分析

图2 正确受力分析

［分析］图1 错误地多画了一个向上的抛力，以为物体运动是靠力来维持。石块之所以保持原来向上的运动状态，不是在上升的过程中仍受到一个向上的抛力，而是由于惯性。再例如：足球踢出去后在草地上向前滚动，它受到重力、支持力和摩擦阻力的作用，而没有踢球的力，踢球的力只在人脚与球接触的瞬间才有。

例5 分析在真空中沿弧线摆动的小球A 的受力情况，指出其中的作用力和反作用力

图1 —错误

图2 —正确

［分析］图1 错误的增加了一个向摆动方向的“摆动力”；图2 摆球上受到重力G 和绳子的弹力T 的作用，T 和T′是一对作用力与反作用力。不过值得注意的是，当摆球处在A 位置时，作用在摆球上的两个力——G、T 方向不一致，不可能平衡。G 和T 的合力指向平衡位置，使摆球从A 位置向平衡位置运动。可能出现的错误是错将G、T 当成一对作用力与反作用力。

［纠正方法］要防止多画力应该先彻底隔离研究对象，画每一个力时应心里默念受力物体与施力物体。为了防止多添某些力，必须着重指出力的物质性，一个物体受到力的作用，必然要知道这个力的施力物体。当需要将重力分解成分力时，要注意不能把重力的分力和重力本身重复计算。对力进行合成分解时，合力与分力是“等效替代”的关系，合力与分力不可同时存在。在分析物体受力情况时，如果已经考虑某个力，那么就不需要再考虑它的分力。在分析物体是否受弹力和摩擦力的作用时，要从接触物体去寻找，看在接触处是否相对滑动（或运动趋势）从而判断有无摩擦力。另外还必须明确研究对象。

三、少画力

在进行受力分析时，遗漏某些力的现象时有发生。究其原因是对力的产生条件、方向的判断方法不够熟悉，同时不明白物体的运动状态与力之间的联系。学生对物理基础知识掌握不全，综合分析能力缺乏，影响了受力分析准确性和全面性。少画力通常是受力分析过程混乱所造成的。

例6 画出跳伞运动员匀速下落时的受力图。

图1 —错误

图2 —正确

［分析］图1 少画了一个向上的空气阻力，因是匀速下落，根据二力平衡的条件，降落伞所受到的合力为零，受到一个向下的重力，必然受到一个向上的空气阻力，二力是作用在同一物体、同一直线上、大小相等、方向相反，是一对平衡力。

例7 梯子A 斜靠在竖直光滑墙壁和粗糙水平地面上，对其受力分析。

图1 —错误

图2 —正确

［分析］图1 多画了墙壁对梯子向上的摩擦力，少画了地面对梯子向左的摩擦力。题目的隐含条件是竖直光滑的墙壁，梯子与墙壁接触且挤压，因此有弹力无摩擦力。在判断地面对梯子的摩擦力方向时，可以先假设地面是光滑的，再判断梯子下端对地面可能的运动方向，然后确定摩擦力的方向。受力分析时，当不明确一个力是否存在时，可以通过这一个力的产生条件（或假设法）来判断它是否存在。例如，站在超市自动扶梯的乘客，匀速向上的过程中有没有受到摩擦力的问题，可以假设乘客有受到摩擦力的作用，那么人在向上匀速运动的过程中，受到平衡力的作用，此时必定有一个拉力和摩擦力相互平衡，然而并没有拉力的存在，所以根本没有存在向后的摩擦力。

例8 用力F 将物块按在墙壁上，物块沿着墙壁匀速下滑，画出物块的受力情况。

图1 —错误

图2 —错误

图3 —正确

［分析］图1 只考虑水平方向的受力情况，却忽略了竖直方向还有受力。图2 虽然考虑到竖直方向上受到了向下重力，但是忽略了物体的运动状态。物体由于匀速下滑，根据受力平衡，它必定还要受到一个竖直向上的摩擦力。

［纠正方法］为了避免漏掉某些力，一定要养成按步骤分析，条理清晰。初中阶段，主要初步学习了重力、弹力（包括压力、拉力、支持力、浮力等）、摩擦力（包括滑动摩擦力、静摩擦力、滚动摩擦力）。在进行受力分析时，可以按以下顺序来考虑：1.画重力，地球上的所有的物体都受到重力的作用，所以应该先考虑重力，把重力的作用点画在重心上；2.画弹力，绕研究对象顺时针（或逆时针）查看一周，看看物体与哪些物体接触，如果有接触且挤压则物体受到弹力的作用；3.画摩擦力，如果接触面上有挤压，且接触面粗糙，通过判断物体有无相对运动（或相对运动趋势），来确定物体是否受到滑动摩擦力（或静摩擦力）和空气阻力；4.画其他力，考虑物体是否受到牵引力，电场力、磁场力作用，如果有则要画出力。笔者为了方便学生记忆就受力分析进行如下总结，确定研究对象后，按照“一重力，二弹力，三摩擦力，四其他外力”的分析步骤，一步一步地去进行分析。［4］用质点表示物体，在中学阶段，所学力学，主要是质点力学，是共点力系或平动等特殊情况，所以可把物体当作质点看待，可以把物体受到的各个力画在一点上。物体在光滑的平面上运动时摩擦力为零，并且在水平面上运动时，竖直方向上受到的力总是互相平衡的。

画好受力图后必须进行检查，检查一下画出的所有力可否找到它的施力物体，如果无施力物体，则此力必然不存在。尤其要检查一下受力结果，是否使研究对象处在题中所给的运动状态，先假设不存在这力，观察研究对象的物体会有什么样的运动，然后查看这个力应在什么方向，对象才能满足题中的运动状态。

综上，为了防止受力分析中常见的这些错误，要注意下列问题：1.必须明确研究对象；2.画好一个力应心里默念受力物体与施力物体；3.要养成按步骤分析的习惯，不能遗漏某些力；4.用质点表示物体。5.画受力图时要求清楚，画好受力图后要做一番检查。