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1、受力從主動(dòng)到被動(dòng)，解題化被動(dòng)為主動(dòng)射陽(yáng)中學(xué)物理組曹德亮摘要：受力分析受力分析是高中物理的力學(xué)基礎(chǔ)，能準(zhǔn)確快速的進(jìn)行受力分析是能正確分析運(yùn)動(dòng)情景，準(zhǔn)確解題的前提。眾所周知，對(duì)物體進(jìn)行受力分析時(shí)要按照一定的順序進(jìn)行受力分析。本文就以具體問題來探討到底該以怎樣的順序進(jìn)行受力分析。關(guān)鍵詞：受力分析主動(dòng)力被動(dòng)力正文：一般的受力步驟是重力，彈力，摩擦力及其他的力（包括電場(chǎng)力，安培力，洛倫茲力等），然而在很多時(shí)候我們卻不能刻板地按照這樣的順序進(jìn)行受力分析，需要靈活的調(diào)整。而這其中就要談及兩個(gè)概念——主動(dòng)力和被動(dòng)力。主動(dòng)力的大小與方向由力本身的性質(zhì)決定，與物體是否受其它
2、力的作用無關(guān)，與物體做何種性質(zhì)的運(yùn)動(dòng)無關(guān)，高中階段如重力、電場(chǎng)力等。被動(dòng)力是相對(duì)于主動(dòng)力而言的，由主動(dòng)力以及物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)共同決定，高中階段如彈力、摩擦力、安培力、洛倫茲力等。它們通常要借助物理規(guī)律，根據(jù)物體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)建立與主動(dòng)力的關(guān)系才能確定出其大小與方向。如果僅憑“經(jīng)驗(yàn)”出發(fā)，試圖在沒有利用物理規(guī)律，沒有進(jìn)行運(yùn)動(dòng)分析之前，就主觀臆測(cè)其數(shù)值與方向都可能導(dǎo)致錯(cuò)誤。一個(gè)物體所受的被動(dòng)力的數(shù)值與方向是不可能獨(dú)立地被預(yù)見的，這也是力學(xué)中受力分析常出現(xiàn)嚴(yán)重錯(cuò)誤的原因?，F(xiàn)主要以力學(xué)中彈力、摩擦力為主例來探究受力分析中主動(dòng)力與被動(dòng)力的分析順序和方法。一、彈力彈力是接
3、觸最多的一種力，常見的有繩（或線）的彈力，桿的彈力，彈簧的彈力，接觸面的彈力。這些彈力，都只有在物體接觸并發(fā)生彈性形變的時(shí)候才能產(chǎn)生，上面提到的彈力中，彈簧的形變一般比較明顯，彈簧因形變產(chǎn)生彈力，形變發(fā)生改變，反應(yīng)了彈力的變化。繩、桿、接觸面產(chǎn)生的彈力，也是因發(fā)生形變所致。這種微小形變，眼睛很難覺察。當(dāng)它們的形變發(fā)生變化，從而彈力發(fā)生變化時(shí)，眼睛同樣難于覺察，這就為分析彈力，尤其是彈力的變化帶來了困難，那如何突破其難點(diǎn)呢?結(jié)合下題分析，我們來做一個(gè)探討。例題1如圖所示，細(xì)繩一端系著質(zhì)量M的物體，靜止在水平面上，另一端固定在一平面上O點(diǎn)，M的中心與O點(diǎn)距離
4、為r，并知M和水平面間的動(dòng)摩擦因素為?，F(xiàn)使此平面繞過O點(diǎn)軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，問若細(xì)繩的最大張力為T，則角速度ω滿足什么條件，M將始終保持與平面相對(duì)靜止？設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力分析題目要求解角速度滿足的條件，也就是說符合題目要求的角速度應(yīng)該是一個(gè)范圍，對(duì)于這類問題我們通常令角速度從0開始逐漸增大，分析這個(gè)過程中物體的受力變化和運(yùn)動(dòng)情況，對(duì)整個(gè)過程的運(yùn)動(dòng)及受力情況精確掌握，進(jìn)而找出符合題目要求的臨界狀態(tài)和臨界條件。對(duì)于該題顯然應(yīng)對(duì)M進(jìn)行研究，對(duì)M而言，豎直方向上的狀態(tài)不變：受重力和接觸面的彈力保持平衡；水平方向，隨著轉(zhuǎn)動(dòng)的快慢變化，受力比較復(fù)雜。當(dāng)角速度等于0時(shí)
5、，顯然水平方向不受力，當(dāng)角速度逐漸增大時(shí)要注意，只要平面一轉(zhuǎn)動(dòng)，M與平面就要有相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)，但是角速度比較小時(shí)，M并沒有在平面上發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，即細(xì)繩上并沒有發(fā)生彈性形變，所以M不會(huì)受到細(xì)繩的拉力，換句話說只有角速度增大到一定值時(shí)，細(xì)繩才會(huì)給M施加指向O點(diǎn)的拉力，這就是此題中彈力的被動(dòng)性。當(dāng)角速度增大到最大靜摩擦力都不足以提供M做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力時(shí)，細(xì)繩就會(huì)繃緊，提供指向O點(diǎn)的拉力，輔助提供向心力，此時(shí)若角速度繼續(xù)增大，則拉力也繼續(xù)增大，增大到繩子的最大張力時(shí)，繩子即將繃斷，M即將滑動(dòng)，到此就找到符合題意的臨界狀態(tài)，進(jìn)而找到臨界條件，也就是最大靜摩擦力
6、和最大張力共同提供向心力時(shí)是角速度的最大值，所以角速度的滿足條件就是應(yīng)該小于這個(gè)最大值。解：分析可得最大靜摩擦力和最大張力共同提供向心力時(shí)，角速度最大記為解得則當(dāng)角速度時(shí)，M將始終保持與平面相對(duì)靜止點(diǎn)評(píng)1在繩子模型中，有時(shí)繩子雖然是繃緊的但是并不會(huì)有彈力，彈力的有無關(guān)鍵還是要看繩子有沒有發(fā)生形變。受力分析并不能死板的按照重力，彈力，摩擦力等的傳統(tǒng)順序，而應(yīng)該從主動(dòng)力到被動(dòng)力來分析，在這個(gè)例題中摩擦力雖然也是被動(dòng)力，但是彈力的被動(dòng)等級(jí)更高，而要正確分析出這一點(diǎn)，對(duì)物體進(jìn)行動(dòng)態(tài)的分析尤為重要。二、摩擦力摩擦力也是一種被動(dòng)力，滑動(dòng)摩擦力，式中N即為彈力，彈力為
7、被動(dòng)力，滑動(dòng)摩擦力也應(yīng)為被動(dòng)力；靜摩擦力存在于相對(duì)靜止的兩物體間，要保持相對(duì)靜止，如果整體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)改變或運(yùn)動(dòng)狀態(tài)不變，外力改變靜摩擦力都有可能發(fā)生相應(yīng)的變化。例題2如圖所示，細(xì)繩一端系著質(zhì)量M＝0.6kg的物體，靜止在水平面上，另一端通過光滑的小孔吊著質(zhì)量m＝0.2kg的物體，M的中心與光滑圓孔O距離為0.2m，并知M和水平面間的動(dòng)摩擦因素為0.2?，F(xiàn)使此平面繞中心軸線轉(zhuǎn)動(dòng)，問角速度ω在什么范圍m會(huì)保持靜止?fàn)顟B(tài)？設(shè)最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力（g＝10m/s2）分析通過審題分析發(fā)現(xiàn)該題要求解的其實(shí)是為使M在平面上不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，平面轉(zhuǎn)動(dòng)角速度的取值范圍。
8、對(duì)于這類問題，我們通常令角速度從0開始逐漸增大，分析這個(gè)過程中物體的受力變化和運(yùn)
