唐昌琳

[摘   要]静力学中力的概念、受力分析、力的合成与分解等知识是学好动力学的基础，有的知识内容相对比较抽象。为了让高一学生有效掌握这部分内容，在实际教学中，教师可让学生辨析基本概念规律，学会受力分析，掌握几种解题思路方法。

[关键词]高中物理;静力学;解题思路

[中图分类号]    G633.7        [文献标识码]    A        [文章编号]    1674-6058（2019）26-0032-04

在高中阶段，大多数学生认为物理学科最难学，而其中最难掌握的又是与力有关的内容。为降低初、高中物理的学习台阶，现行教材把静力学内容由原来的第一章调至第三章，放在“直线运动”之后。如何学好静力学，为学好高中物理打下坚实基础，是高一学生纠结的问题。其实静力学也不是那么难学，只要切实掌握好力的概念、学会受力分析、掌握好力的合成与分解的技巧、会解决物体平衡问题就可以了。

一、辨析概念规律

（一）力的概念

力是物体与物体间的相互作用，这一概念在初中阶段就已经学过。对概念的理解不能只停留在概念的表象上，要确切理解它的内涵。力的概念可以从以下几个方面理解。

1.力是物体与物体的相互作用，力的出现是成对的，如A给B一个作用力，则B必给A一个反作用力。

2.相互作用产生的这一对力同时产生，同时消失。如人坐在板凳上给板凳一个压力，板凳就给人一个支持力，人离开板凳，压力消失，支持力也同时消失。

3.相互作用产生的这一对力大小相等，方向相反，作用在同一条直线上。

4.相互作用产生的这一对力一定是性质相同的力。如A物体压B物体的压力与B物体支持A物体的支持力都属于弹力。这也是相互作用力与平衡力的主要区别。

5.相互作用产生的这一对力分别作用在相互作用的两个物体上，作用效果不能抵消。

6.相互作用产生的这一对力总是等大反向，不受运动状态影响的。

7.力的图示：用一条带箭头的线段表示力的大小、方向、作用点，线段的长度由选定的标度决定。

8.力的示意图：只用一条带箭头的线段表示出力的方向、作用点。在同一示意图中线段长度满足大致比例即可。

9.力的作用效果：使物体发生形变或使物体运动状态发生改变。

（二）不同性质的力

力按相互作用的性質分类，可分为重力、弹力、摩擦力、分子力、电磁力、核力等，在力学里面需要掌握重力、弹力和摩擦力。

1.重力：在地球上，物体的重力是由于地球对物体的吸引作用而使物体所受到的力，大小为G=mg。对重力的理解需要注意以下几个方面。

（1）物体的重力是由地球对物体的吸引力而产生的，但重力又不一定等于地球对物体的引力，原因是物体随地球自转需要向心力，地球对物体的引力要分出一个分力提供给物体随地球自转做圆周运动所需的向心力，另一个分力才是重力。

（2）由于地球的自转，在地球上同一质量的物体的重力随纬度的增大而增大。在两极点（不需要随地球自转）最大，等于地球对物体的引力。

（3）由于物体离地球越远受到的引力越小，所以物体的重力随着离地高度的增大而减小。

（4）当物体不需要随地球自转时，即物体绕地心运动成为地球的卫星，此时物体的重力就等于地球对物体的引力。

（5）在地球表面的物体，重力方向竖直向下，也可以说成垂直水平面向下。成为地球卫星的物体的重力方向指向地心。

（6）物体重力的反作用力是由于物体对地球的吸引作用而使地球受到的力。

2.弹力：发生形变的物体，由于要恢复原状，对与它接触的物体产生力的作用，这种力叫弹力。对弹力的理解需要注意以下几个方面。

（1）了解形变，在外力作用下发生形变后，当外力撤销后又能完全恢复原状的形变为弹性形变。这种形变有一个限度（弹性限度），超出这个限度后，当外力撤销后不能完全恢复原状，就是塑性形变了。物体形变的量有大有小，有的微小形变用肉眼不易观察，如坐在硬木板凳上，板凳的形变用肉眼就看不见，要借助一些特殊装置才能发现。

（2）两个物体相互作用，不管产生的是弹性形变还是塑性形变，均有弹力产生。

（3）弹力的方向：一般刚体间相互作用弹力的方向总是垂直接触面指向受力物体;物体在流体中受到浮力的方向竖直向上;绳子对物体的拉力方向沿绳子指向绳收缩的方向。

（4）弹力的大小：刚性物体间相互作用的弹力大小要根据物体的受力情况和运动状态来确定。弹簧、弹性绳、橡皮绳在弹性限度内的弹力大小可由胡克定律计算，表达式为 F=kx，其中k为劲度系数，x为形变量。

3.摩擦力：当一个物体在另一个物体表面有相对运动趋势或相对运动时，另一个物体会产一个阻碍其相对运动（或相对运动趋势）的力，这个力叫摩擦力。其中阻碍其相对运动趋势的摩擦力叫静摩擦力，阻碍其相对运动的摩擦力叫滑动摩擦力。对摩擦力的理解需要注意以下几个方面。

（1）感受摩擦力的方向：用力把手掌压在桌面上，然后再从小到大用力往身边拉手掌，在没有拉动时，手掌相对桌面有往自己身边运动的趋势，会感受到有一个阻碍手掌往身边运动趋势的力，这个力就是静摩擦力，方向与相对运动趋势方向相反。当拉动后，手掌相对桌面往自己身边运动，会感受到一个阻碍这个相对运动的力，这个力就是滑动摩擦力，方向与相对运动方向相反。

（2）摩擦力的方向总是跟相对运动或相对运动趋势方向相反，跟物体的运动方向可能相同，也可能相反，还可能垂直。即摩擦力可能成为动力，也可能成为阻力，或者成为只改变物体运动方向的力。如图1所示，用力F拉着物体在水平面上运动，物体所受摩擦力与运动方向相反;如图2所示，皮带以速度v顺时针转动，把物体轻轻地放在皮带左端，物体在摩擦力作用下向右运动，所受摩擦力方向与运动方向相同（开始物体相对皮带是向左运动的）;如图3所示，A、B、C三个物体相对水平转台静止并随转台一起匀速转动，物体所受摩擦力方向与速度方向垂直。

（3）静摩擦力的大小与相对运动趋势的强弱有关，趋势越强，静摩擦力越大，但不会超过最大静摩擦力Fm，即静摩擦力大小满足0≤F静≤Fm。

（4）摩擦力与正压力的关系：有压力不一定有摩擦力，有摩擦力一定有压力。

（5）滑动摩擦力的大小[Ff=μFN] ，其中FN为接触面间的正压力。

（三）基本规律

1.力的合成与分解

（1）平行四边形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以用表示F1、F2的有向线段为邻边，作平行四边形，F1、F2所夹对角线就是合力的大小和方向，如图4所示。

（2）三角形定则：求两个互成角度的共点力F1、F2的合力，可以把表示F1、F2的有向线段首尾相连地画出，把F1、F2的另外两端连接起来，则此线段就可以表示合力F的大小和方向，如图5所示。

（3）力的分解是力的合成的逆运算，只不过力的分解要按力的作用效果来分，否则就没有确定解。

（4）正交分解法：根据力的平行四边形定则，把一个力分解到相互垂直的两个方向上的方法叫正交分解法。该方法一般用于求多个力的合力，把物体受到的每一个力都分别分解到相互垂直的两个方向上，再分别求这两个方向上力的代数和Fx、Fy，然后用勾股定理或三角函数求合力。

2.力的合成与分解的一些特殊情况

（1）两个共点力合力大小问题

夹角为θ=90°时，F合=[F21+F22]

夹角0≤θ≤90°时，（[F1+F2]）≥F合 ≥ [F21+F22]

夹角90°≤θ≤180°时，[F21+F22]≥F合 ≥ │[F1-F2]│

（2）等大的两个共点力的合力大小问题

夹角为θ=90°时，F合=[2F1]

夹角为θ=120°时，F合=[F1=F2]

夹角0≤θ≤90°时，2[F1]≥F合 ≥[2F1]

夹角90°≤θ≤180°时，[2F1]≥F合 ≥ 0

二、学会受力分析

学会受力分析是学好物理的基础，受力分析贯穿整个高中物理。要学会受力分析，掌握好力的产生条件是关键，具体应注意以下几点。

1.重力分析

地球表面或地球附近的物体都会受到地球的吸引作用，大小为mg，方向竖直向下。

2.弹力分析

有形变就有弹力。分析物体所受弹力时，首先看物体与周围有几个接触部位，一般有n个接触部位，物体最多受n个弹力作用。每个接触部位是否有弹力作用，要根据弹力的产生条件逐一判断。对形变不明显的，可使用假设法判断。

（1）绳的弹力：一般绳不考虑其长度变化，绳对物体的作用只能是沿绳的拉力方向（不可能出现压力），大小可根据需要发生突变。

（2）杆的弹力：一般不考虑杆的长度变化，杆对物体的作用可能是拉力也可能是压力，力的方向不一定沿杆，大小可根据需要发生突变。

（3）弹簧的弹力：弹簧可伸长也可压缩，对物体的作用可能是拉力也可能是压力，方向一定沿弹簧轴线，只随形变量的变化而变化，不能发生突变。

弹力的作用点一定作用在接触面上，指向受力物体。在不考虑物体的转动时，为研究问题方便，可把弹力平移到物体的重心处。

3.摩擦力分析

摩擦力的产生条件：不光滑、接触、有压力、有相对运动或相对运动趋势（這四个条件缺少任意一个，摩擦力都不存在）。分析物体所受摩擦力时，首先看物体与周围有几个接触部位，一般有n个接触部位，物体最多受n个摩擦力作用。每个接触部位是否有摩擦力作用，要根据摩擦力的产生条件逐一判断。

摩擦力的作用点一定作用在接触面上，方向与接触面平行。在不考虑物体的转动时，为研究问题方便，可把摩擦力平移到物体的重心处。

4.实例分析

[例1]如图6-1所示，力F推着物体A在不光滑的竖直墙面上向上匀速运动，请画出A的受力示意图。

解析：在F的作用下，物体A压紧竖直墙面，又相对墙面向上运动，所以物体受重力mg，推力F，支持力FN，摩擦力Ff四个力的作用，如图6-2所示。

[例2]如图7-1所示，4块质量均为m的砖块被用力夹在两块木板中间保持静止，试分析2号砖块在竖直方向的受力情况。

解析：本题需要采用整体法与隔离法分析，4块砖保持静止，在竖直方向受到竖直向下的重力4mg，及两块木板给1号、4号砖竖直向上的静摩擦力，由对称性知这两个静摩擦力的大小均为2mg，如图7-2所示。再隔离1号、2号砖，两砖受到竖直向下的重力2mg，1号砖左侧受到竖直向上的静摩擦力2mg，所以2号与3号砖之间就不存在摩擦力，如图7-3所示。最后隔离2号砖，其在竖直方向受力如图7-4所示。

[例3]如图8-1和图8-2所示，水平力F拉着A在不光滑的水平路面上匀速前进，且A、B保持相对静止。试分析B的受力情况。

解析：A、B做匀速运动，每个物体所受合力均为零，在图8-1中，B物体与A物体之间不存在摩擦力，否则B的合力不为零，就不是匀速运动了，所以图8-1中的B物体受力如图8-3所示。在图8-2中，A要匀速运动，B必须给其一个向左的与F等大的静摩擦力才能实现，图8-2中B受重力mg，地面支持力FN，A的压力FNAB，A给B向右的静摩擦力FfAB，地面的滑动摩擦力Ff ，如图8-4所示。

[例4]如图9-1所示，把质量为m的货物轻轻地放在传送带的下端，传送带把货物运到高处，画出货物的受力示意图。

解析：货物刚放上传送带时速度为0，相对传送带向下运动，传送带给货物的滑动摩擦力沿传送带向上，使货物向上做加速运动，此时货物受力如图9-2所示。如果传送带足够长，货物加速到与传送带速度相等时，相对传送带静止，但在重力作用下有沿传送带向下运动的趋势，受到传送带给其沿传送带向上的静摩擦力作用，受力如图9-3所示。