賁志學(xué)

(江蘇省江安高級(jí)中學(xué) 226534)

如果輕桿的一端能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)，并且輕桿處于受力平衡的狀態(tài)，那么輕桿的另一端受到的合力的方向一定與與輕桿的方向相同.

例題1 假設(shè)AB是一個(gè)水平輕桿，在點(diǎn)A那段將墻壁和鉸鏈相連接起來(lái)，CB表示一根輕繩，用輕繩CB與B端連接起來(lái)，并且CB和輕桿AB所成的角的度數(shù)是30°，在B的下端懸掛一個(gè)重量是10N的物體，如圖1所示.求出輕桿AB受到的作用力.

剖析將研究對(duì)象選擇為輕桿AB，繩子BC、重物對(duì)輕桿的合力一定會(huì)沿著輕桿的方向，因此會(huì)很容易求出輕桿AB所受的力的大小，即：

FAB=mgcot30°

經(jīng)過(guò)計(jì)算可得：

FAB=17.32N.

這個(gè)時(shí)候求出輕桿AB的受力方向是解出這道題的突破口.根據(jù)題目所給信息可以知道A端是使用鉸鏈連接起來(lái)的，因此A端是能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的，如果受力方向不與AB相同，那么輕桿必將發(fā)生轉(zhuǎn)動(dòng)，如圖2所示，因此可以得出結(jié)論：在一端能夠自由轉(zhuǎn)動(dòng)的輕桿，另外一端所受到的合力方向一定與輕桿的方向相同.

輕桿的一端是固定的，并且輕桿是在平衡狀態(tài)，那么輕桿承受的力來(lái)自各個(gè)方向，導(dǎo)致輕桿的受力不一定是沿著輕桿的方向.

例題2 如圖3所示，有一水平的橫梁，橫梁的一端A嵌入墻壁里面，在另一端連接有一個(gè)小的滑輪B，一根輕繩的一端被固定在墻壁上，另一端連接有一個(gè)質(zhì)量等于10千克的物體，連接的部分會(huì)跨過(guò)滑輪B，并且掛著物體的繩與橫梁之間所成的夾角大小是30°，那么滑輪B所受到的作用力是( )(已知g的取值是10m·s-2)

剖析初略一看，例題1和這個(gè)題很相似，因此許多同學(xué)會(huì)覺(jué)得滑輪B受到的繩的壓力一定和輕桿的受力方向相同，然后會(huì)將重力順著繩子、輕桿的方向分解從而導(dǎo)致這道題選成錯(cuò)誤答案D.仔細(xì)思考這道題錯(cuò)誤的最根本原因是對(duì)于一段不計(jì)質(zhì)量和摩擦的繩來(lái)說(shuō)，繩上所受到的張力每一處都相等，學(xué)生對(duì)于這個(gè)認(rèn)識(shí)不夠清晰，因此很容易做錯(cuò)題.對(duì)于此題目而言，繩子BC部分的張力是100N；還根據(jù)這個(gè)題目所給信息可以知道：輕桿是被固定在墻壁里面不能動(dòng)的，因此它可以承受來(lái)自各個(gè)方向的力，也就是說(shuō)明，輕桿的受力的方向不一定與輕桿的方向相同，并且繩子作用在滑輪上面的作用力實(shí)際上是由兩段繩子的合力組成的，是100N，因此這道題的正確答案是C選項(xiàng).

例題3如圖4所示，假設(shè)豎直墻面用AC表示，均勻的橫梁用AB表示，橫梁AB的質(zhì)量用m表示，并且位于水平位置，支撐橫梁的輕桿用BC表示，BC和豎直方向所成的角是角α，用鉸鏈分別將A、B、C三個(gè)地方連接起來(lái)，那么輕桿受到的力是( ).

剖析通過(guò)觀察圖像可以知道，這道題需要使用杠桿原理進(jìn)行解答，判斷輕桿BC對(duì)橫梁AB作用力的方向是這道題的難點(diǎn)所在，因此，我們可以選取BC作為研究對(duì)象，根據(jù)題目所給信息可以知道，因?yàn)槭褂勉q鏈連接的輕桿的一端C，那么當(dāng)C端所受力的方向不和輕桿的方向一致的時(shí)候，輕桿BC就會(huì)發(fā)生相應(yīng)的轉(zhuǎn)動(dòng)，要想滿足平衡條件使平衡成立，就需要保證輕桿B端的受力方向一定和輕桿的方向保持一致.現(xiàn)在已經(jīng)能夠判斷出輕桿BC對(duì)橫梁AB的作用力的方向沿著輕桿BC，在將上述結(jié)論與杠桿原理相結(jié)合，因此就可以求出：

公式里面的L表示橫梁AB的長(zhǎng)度，根據(jù)上述式子和結(jié)論，我們就可以很輕易的求出本題的正確答案是D選項(xiàng).

總而言之，對(duì)于輕桿的受力分析的相關(guān)問(wèn)題，第一步要做的就是確定是否有一端固定，這是解答相關(guān)輕桿受力分析題的基礎(chǔ)，如果輕桿有一端是固定的，那么就可以受到各個(gè)方向的力的作用；如果輕桿兩端都沒(méi)有固定，那么另外的一端受到的力的合力的方向必定與輕桿的方向相一致.解答這類題目時(shí)，應(yīng)該結(jié)合實(shí)際情況進(jìn)行受力分析，再考慮使用哪一種方法進(jìn)行求解.

對(duì)于輕桿的受力分析這部分內(nèi)容一直是中學(xué)生學(xué)習(xí)的重難點(diǎn)，中學(xué)生只要能夠完整的掌握輕桿的受力分析問(wèn)題，那么對(duì)于后面的更深入的受力分析的學(xué)習(xí)也有很大的幫助，可以說(shuō)輕桿的受力分析是學(xué)習(xí)物理學(xué)科力學(xué)部分的基礎(chǔ)，因此輕桿的受力分析對(duì)于中學(xué)生來(lái)說(shuō)十分重要；為什么說(shuō)輕桿的受力分析是中學(xué)生學(xué)習(xí)內(nèi)容的難點(diǎn)呢？因?yàn)檩p桿的受力分析對(duì)于學(xué)生的分析問(wèn)題的能力有一定的要求，輕桿的受力是一個(gè)比較抽象的問(wèn)題，教師在教授這部分內(nèi)容時(shí)學(xué)生是很難一點(diǎn)就通的，因此輕桿的受力還需要同學(xué)們多多進(jìn)行練習(xí)，積累經(jīng)驗(yàn)，構(gòu)建模型.