力分析的概念
在物理学中,将研究对象抽象为孤立的物体,并分析其所受到的外力特征的过程称为力分析。
受力分析又称绘制隔震体受力图,是力学计算的基础。 这是力分析的基本概念,也叫狭义概念。
广义的力分析还包括建立直角坐标系或利用力的闭合三角形法则来分析、探索和计算方程。
受力分析的步骤
受力分析的具体步骤如下:
1、寻找合适的研究对象;
在进行力分析时,研究对象可以是某个物体,也可以是几个相对静止的物体。
如何确定研究对象? 一般来说,我们遵循的原则是“先大后小,能不小的原则”(即先整体后局部的原则); 当然,关键是对谁进行受力分析。 来分析一下题目的意思。 如前所述,是“一般而言”,而不是全部。
2.绘制受力图;
我们一般按照先画场力,再画接触力的顺序进行分析。 这里笔者提醒大家:接触力的顺序是先求弹力,再求摩擦力(摩擦力只有弹性接触面之间才有可能)。
还需要注意的是高中物理章节,不要在力图中画出分力(必须理解逻辑关系,分力会在后续的力分解步骤中出现)。
3、分解力;
大多数问题通过分解来分析力。 一般建立直角坐标系进行分解。 有些问题需要使用闭合三角形的三角形力法则。 关于闭合三角形力定律,我们在文章后面有专门的解释。
高中物理网建议大家把坐标系画成虚线,因为在笔者的教学过程中,我发现很多学生经常把坐标系的x和y画成实线,导致力的误差分析或时间延迟。
4. 建立方程并求解;
大多数力学题都需要建立直角坐标系进行计算、在x、y两个垂直方向上进行分析以及求解平行方程。 注意辅助公式f=μN。
对于物理问题,分析物体所受的力往往无法解决。 大多数困难的问题需要对多个物体进行力分析。
高中的力分析比初中复杂得多
很多同学在我们高中物理网站留言:我是一名高一新生,目前在学习中遇到了困惑。 我不太擅长使用力分析部分。 高一的物理比初中的物理难很多。 有什么难度呢?
王尚老师认为,高中物理力分析的难点主要有以下三点:
1、受力分析的研究对象复杂;
2、受力分析方向以二维为主;
3、研究的力比较繁琐、复杂;
力的合成与分解
我们初中学习的力都是一维的力。 两个力(或三个力)要么同向,要么相反。
如果两个力有一定角度怎么办?
力的平行四边形定律为我们提供了矢量运算的科学基础,因此我们可以对不在同一直线上的力(即具有夹角的力)进行运算。
这是力的合成和分解的计算基础。
几种力共同作用所产生的效果可以用一种力来代替。 这个力称为这些力的合力。 寻找已知力的分量的过程称为力分解。
合力和分力:如果几个力共同作用在一个物体上所产生的效果与一个力单独作用在该物体上所产生的效果相同,则这个力称为这些力的合力,这些力为称之为力的一个组成部分。 合力和分力是等价替代关系。
沿同一条直线、同方向的两个力的大小等于这两个力的大小之和。 力的合成和分解互为逆运算。
力的正交分解
大多数力分析需要力的正交分解方法。 即建立两个垂直(正交)坐标系,并在坐标系内进行投影分解。 这其实是根据高中数学的坐标计算方法。
为了求物体受到多个力作用时的合力,可以将每个力沿两个相互垂直的方向垂直分解,然后分别沿这两个方向求出合力。 采用正交分解法来处理多力的影响。 解决问题的基本方法
具体来说,力的正交分解运算步骤为:
①选择正确的直角坐标系。
② 将各个力正交分解,即将各个力分别投影到坐标轴上,求各个力在坐标轴上投影的合力:
X轴方向总外力的大小
Fx=F1x+F2x+…+Fnx
Y轴方向总外力的大小
Fy=F1y+F2y+…+Fny
③合力的方向可由平行四边形定则或三角形定则求得。
一般来说,经过受力分析后,需要利用牛顿三定律以及直线运动的相关公式来解决问题。
正交分解法力分析中坐标系方向规定
受力分析的大部分问题需要利用正交分解法来解决和计算。 建立受力分析正交坐标系的优先原则是:
x轴方向指定:物体运动的方向,或者运动趋势的方向。
y轴方向指定:垂直于物体运动的方向,或者垂直于其运动趋势的方向。
最后,对于自动扶梯问题,x轴一般是水平轴,y轴是数值轴。 这是王尚老师的解题经验。 高中物理中只有这样的特例。
闭合三角形力定律
闭合三角形力定律可以被认为是平行四边形定律的推广。 当物体仅在三个力的作用下处于平衡状态时,这三个力首尾相连,形成一个闭合三角形。
当然,闭合三角力定律也适用于多种力的合成。
只要将表示各分力的有向线段首尾相连形成折线(不考虑顺序),则从第一条有向线段的箭头尾到最后一条有向线的箭头的有向线段线段代表它们的合力。 F。
由此还可以得到一个有用的推论:如果n个力首尾相连形成一个封闭的多边形,那么这n个力的合力为零,物体处于平衡状态。
三角定律看似简单,但实际上这就是力分析比较困难的地方。 这里的很多问题都涉及到几何知识,学生需要在课后总结相关的几何内容。
力分析的重要性
力分析是高中物理各章的基础高中物理章节,因为物理的任何章节都研究各种力。
同时,力分析还用于功和功率、机械能守恒定律、动能定理、动量守恒等。
力分析,这看似简单的四个字,当然也被老师们提到了一万遍。 他们没那么简单。
看看我们北京这几年高考的物理试题,特别是最后的部分,有多少学生在力分析中不及格。
所以,大家在学习力分析的时候,一定要注意上课认真听讲,多反思老师说的话,课后多做总结。
再次强调,力分析是解决物理问题最基本的方法。