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记得我当年学物理的时候,最头疼的就是力学题。那些物体堆在一起,拉来扯去,每次画受力分析图都把自己绕晕。后来老师教了一个"秘诀",说受力分析就像剥洋葱,要一层一层来,还要学会"退后三步看全局"。这句话我当时不太懂,但后来做题多了,才真正明白其中奥义。今天就把这个干货分享给正在备战中考的同学们。
力学在中考物理中占的分量有多大?这么说吧,每年中考试卷里力学相关题目基本在35%到40%之间,而受力分析又是力学的基础中的基础。如果你现在还对着题目发呆,不知道该先分析哪个力后分析哪个力,那这篇文章就是为你准备的。我们要聊的是两种最实用、最高频的受力分析方法——整体法和隔离法。
在讲方法之前,我想先说说为什么很多同学觉得受力分析难。归根结底,三个原因。第一,力的种类多,重力、弹力、摩擦力,一个物体上可能同时受四五个力,画着画着就漏了。第二,力的方向不好判断,特别是摩擦力和支持力,很多同学会把方向搞反。第三,就是今天要重点说的——多个物体一起分析的时候,不知道该"拆开看"还是"合起来看"。
举个好玩的例子。比如你手里拿着一杯水,杯子受到几个力?如果你只分析杯子,那就是重力和手的支持力。但如果杯子里的水也在晃荡,水还可能对杯壁有压力,这时候单纯看杯子就不够了,你得考虑水的作用。这就是为什么我们需要两种方法配合使用。
整体法这个名字起得很形象,就是把两个或多个物体看作一个"整体",对这个整体进行受力分析。想象你站在远处看一群人跑步,你不会去数每个人腿怎么动,而是看这一群人整体往哪个方向跑、速度多少。整体法就是这个道理。

什么时候用整体法?当你想知道系统整体的加速度,或者系统对外的合力的时候,整体法特别管用。比如两个物体一起在斜面上滑下来,你要是想知道它们共同的加速度,直接把两个看成一块,整体受几个力?重力、斜面的支持力、摩擦力。三个力一画,列方程就出来了,不用分别去分析每个物体的受力,那叫一个清爽。
但整体法有个限制——它只能分析外力,不能分析内力。什么是内力?就是系统内部物体之间的相互作用力。比如你用手推箱子,箱子受到的推力对你来说是人给箱子的力,这是外力。但如果你分析的是"你加箱子"的整体,这个推力就不存在了,因为它发生在系统内部。就像你不能用手把自己提起来,内力不能改变整体的运动状态。
用整体法的时候,记住四个步骤。第一步,明确研究对象到底是谁,是两个物体还是三个物体,要划清楚边界。第二步,把这些物体当作一个"大块头",想象它们粘在一起。第三步,分析这个大块头受到的外部作用,包括重力、其他物体的作用力、场力等等。第四步,根据需要列方程求解。
举个例子。斜面上放着一个木块,木块上面又放着一个砝码,一起向下加速滑动。求它们的加速度。整体法怎么做?首先,研究对象是"木块加砝码",这是一个整体。这个整体受什么力?整体的重力,方向向下;斜面的支持力,方向垂直斜面向上;斜面对整体的摩擦力,方向沿斜面向上。然后把这三个力分解到沿斜面和垂直斜面两个方向,列牛顿第二定律的方程。这就搞定了,完全不用分别去分析木块和砝码之间的相互作用。
如果说整体法是"宏观视角",那隔离法就是"微观视角"。隔离法把系统中的每个物体单独拎出来,一个一个分析受力情况。这个方法的优势在于你能看到所有的力,包括那些藏在物体之间的内力。很多时候,我们恰恰需要知道这些内力的大小,比如绳子的拉力、接触面的压力等等。
什么时候用隔离法?当你需要求系统内部某两个物体之间的相互作用力时,或者当系统内各个物体的运动状态不同需要分别考虑时,隔离法就是首选。比如两个物体用绳子连着,一个在桌面上拉,一个悬在桌子边缘,你要想知道绳子的拉力,那就必须把两个物体分开来单独分析。

隔离法用起来有几个要点。首先,每个被隔离的物体都要单独画受力分析图,养成这个习惯能帮你少犯很多错。其次,分析受力的时候要按顺序来,一般先画场力(重力、电场力、磁场力),然后画接触力(弹力、摩擦力),这样不容易遗漏。再次,每画一个力都要问自己:施力物体是谁?如果找不到施力物体,那这个力可能就不存在。
再来说刚才那个例子。斜面上的木块和砝码,如果不用整体法而用隔离法,该怎么分析?先隔离木块:木块受重力、砝码对它的压力、斜面的支持力、斜面的摩擦力,还受砝码对它的摩擦力(如果有的话)。再隔离砝码:砝码受重力、木块对它的支持力和摩擦力。这么一分析,物体之间的相互作用力就都出来了,比如木块和砝码之间的压力和摩擦力,这些力在整体法里是看不到的。
这才是真正的技术活儿。很多同学学会了两种方法,但还是不知道什么时候该用哪个,或者怎么配合使用。在金博教育的课堂上,我们通常建议学生采用"先整体、后隔离"的策略,这个顺序能解决90%以上的多物体受力分析问题。
具体怎么做?第一步,用整体法求出系统的加速度。当你把几个物体看作一个整体的时候,未知的内力都被"抵消"了,你只需要关注外力,这时候方程往往比较简单,能直接求出加速度。第二步,用隔离法分析其中一个物体,把刚才求出的加速度代入,去求那些内力,比如绳子的拉力、物体间的压力等等。
举个例子。质量为M的木板放在光滑水平面上,木板上放着质量为m的木块,用水平力F拉木板,问木块的加速度以及木块和木板之间的摩擦力。这道题标准解法就是:第一步整体法,对"M加m"整体分析,整体受拉力F,合外力就是F,根据牛顿第二定律F=(M+m)a,直接求出加速度a=F/(M+m)。第二步隔离木块,木块只受摩擦力f,摩擦力提供加速度,所以f=ma=mF/(M+m)。如果木板不光滑也无所谓,整体法的时候把摩擦力算进去就行,步骤一模一样。
这是最常见的错误。有的同学画着画着就把某个力漏了,有的则多画了不存在的力。避免这个问题有个口诀:"场力不缺席,接触找仔细"。场力就是重力电磁场这些不接触也能产生的力,只要在地球附近,重力一定有。接触力则必须两个物体真正接触才能产生,而且要找对施力物体。
摩擦力是个"调皮"的方向力。很多同学记住"摩擦力阻碍相对运动",但做题的时候还是搞反。记住一个判断方法:先判断相对运动或相对运动趋势的方向,摩擦力一定跟这个方向相反。如果实在判断不出趋势,就假设接触面光滑,看物体会往哪跑,摩擦力就往反方向跑。
这个问题通常发生在牛顿第二定律的应用上。用整体法的时候,合外力是系统所有外力的矢量和;用隔离法的时候,合外力是被隔离物体所受所有力的矢心力。特别要注意加速度的一致性——用整体法求出的加速度,隔离法里必须用同一个值,不能各自为政。
受力分析建坐标轴也是技术活。原则是让尽可能多的力落在坐标轴上,减少分解的工作量。比如斜面问题,通常把x轴沿斜面方向,y轴垂直斜面方向,这样重力需要分解,但支持力和摩擦力都落在轴上,方程列起来简单。如果你在水平面上建轴,重力就不用分解,但支持力和摩擦力要分解,各有利弊,选择让计算更简便的那种。
为了让大家更好地掌握方法,我们来看几道典型例题。
A和B两个物体叠放在一起,放在水平地面上,A的质量是2kg,B的质量是3kg。A受到水平向右的拉力10N,两个物体一起匀速运动。求B对A的摩擦力和地面对B的支持力。
这道题分两步。第一步整体法,对"A加B"整体分析,整体受重力(2+3)g=50N,地面的支持力N,拉力F=10N。因为匀速运动,合外力为零,列竖直方向方程:N=50N;水平方向F=f地面对B的摩擦力,所以地面对B的摩擦力是10N,方向向左。第二步隔离A,A受拉力F=10N向右,还受B对A的摩擦力f。因为A匀速,水平方向合力为零,所以B对A的摩擦力f=10N,方向向左。
两个物体用细绳连接,跨过定滑轮,左边物体质量m1=2kg在光滑水平面上,右边物体质量m2=1kg悬空。求系统的加速度和绳子的张力。
这是一道经典连接体题。设加速度为a,张力为T。第一步隔离m1,受力:重力m1g向下,支持力N向上,绳子的张力T向右。水平方向:T=m1a。第二步隔离m2,受力:重力m2g向下,绳子的张力T向上。竖直方向:m2g-T=m2a。把两个方程联立:T=2a,1×10-T=1a,即10-T=a。代入第一个方程:10-2a=a,解得a=10/3≈3.33m/s²,张力T=20/3≈6.67N。
质量为m的物体放在倾角为θ的斜面上,物体与斜面间的动摩擦因数为μ,用平行于斜面的力F拉着物体沿斜面向上匀速运动。求F的大小。
这道题虽然是单个物体,但需要分解受力。建坐标轴:x轴沿斜面向上,y轴垂直斜面向上。物体受四个力:重力mg竖直向下,拉力F沿斜面向上,斜面的支持力N垂直斜面向上,斜面的摩擦力f沿斜面向下(因为相对斜面有向下滑的趋势)。
分解重力到两个轴上:mgx=mgsinθ向下,mgy=mgcosθ向下。垂直斜面方向合力为零:N=mgcosθ。平行斜面方向合力为零:F-f-mgsinθ=0。而f=μN=μmgcosθ。所以F=μmgcosθ+mgsinθ=m(g sinθ+μcosθ)。
| 方法 | 适用场景 | 能求出的物理量 |
| 整体法 | 多物体系统、运动状态相同 | 系统加速度、系统所受外力 |
| 隔离法 | 需要求内力、物体的运动状态不同 | 单个物体的受力、物体间相互作用力 |
| 先整体后隔离 | 大多数多物体问题 | 加速度和内力都能求 |
中考物理的力学部分,说难确实有一定难度,但说白了也就是那些知识点反复考。我见过很多同学,题目做了一堆,分数就是上不去,问题出在没有系统的方法论支撑。整体法和隔离法这两个工具,你要是真正理解了、练熟了,会发现大部分力学题都是"换皮不换芯",解起来套路都一样。
练习的时候,我建议先从简单题开始,确保每一步都画图、都写受力分析式,不要觉得简单就跳步。等熟练了再加大难度,挑战那些多物体、多过程的复杂问题。做题过程中如果卡住了,就回到最基本的问题:你研究的对象是谁?它受几个力?方向都是什么?把这些问题回答清楚,思路自然就通了。
学习这件事,没有捷径但有方法。希望你能在最后的冲刺阶段沉下心,把基本功打牢。每一个在深夜里默默努力的时刻,都会化作考场上从容落笔的底气。加油,期待你取得理想的成绩。

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