力有大小和方向,所以正确的答案两样都要有:“向右 30 N”,而不是只写”30”。每当你把力相加或比较,方向决定它们是叠加还是抵消。
本页用一个原创例子示范改法。推理板让你练习在计算前先选对关系式,界限与舍入说明器帮你定下合适的有效数字。
为什么方向容易被忘掉?
日常说话里,“力”只是”推”或”力气”,而推力是用大小来形容的。在物理里,同一个词本身就带着方向。
图上的数字很容易让人想把它们加起来。没有什么能阻止你写 50 + 20,但图在告诉你:这两个力一个朝这边,一个朝那边。
保住方向的步骤
- 画出物体,用方框或点表示,每个力画成从它出发的箭头,标上名称和大小。
- 选定正方向并写下来,例如”向右为正”。
- 同向的力相加,反向的力相减。与它垂直的力另行处理。
- 写出合力及其方向,用文字表达。
- 最后才用 F = ma,代入的是合力,不是其中某一个力。
例题:拉一个箱子
地面上一个 6.0 kg 的箱子被 50 N 的力向右拉。摩擦力 20 N 向左作用在箱子上。取 g = 10 N/kg。
求合力和加速度。
**第 1 步,水平方向的力。**取向右为正。拉力 = +50 N。摩擦力 = −20 N。
**第 2 步,合力。**50 − 20 = 向右 30 N。
**第 3 步,加速度。**a = F ÷ m = 30 ÷ 6.0 = 向右 5.0 m/s²。
**第 4 步,竖直方向的力。**重力 = 6.0 × 10 = 60 N 向下。地面向上的支持力是 60 N。两者平衡,所以竖直方向没有加速度。
**验算:**a = 5.0 m/s² 时,合力应为 m × a = 6.0 × 5.0 = 30 N,一致。
要留意的错误
有学生看到图上的 50 N 和 20 N,就写:
合力 = 50 + 20 = 70 N,所以 a = 70 ÷ 6.0 = 11.7 m/s²。
错在第 2 步。摩擦力的箭头与拉力方向相反,所以会减少合力。这位学生把”20 N 的力”当成要相加的数字,而不是朝某个方向的推动。错误的加速度比正确答案的两倍还多。
第二个错误是答案里没写方向。“5.0 m/s²”会丢掉一分,而”向右 5.0 m/s²”能保住这一分。
自我检测
1. 一个抽屉被人用 12 N 向右推,同时另一个人用 18 N 向左拉。求合力。
显示答案
取向右为正:+12 − 18 = −6。合力是向左 6 N。
2. 一辆汽车的引擎提供 2000 N 的向前力,各种阻力合计 2000 N 向后。说明合力,并描述汽车的运动。
显示答案
合力 = 2000 − 2000 = 0 N。运动状态不变,所以汽车继续以原来的匀速前进,并没有停下来。
3. 一个 4.0 kg 的物体挂在绳子上,绳子向上拉 30 N。取 g = 10 N/kg。求合力和加速度,并写出方向。
显示答案
重力 = 4.0 × 10 = 40 N 向下。取向上为正:+30 − 40 = −10 N,所以合力是向下 10 N。加速度 = 10 ÷ 4.0 = 向下 2.5 m/s²。
接下来学什么
先从为指定情境画受力图开始,再练习计算合力和把加速度与合力联系起来。合力为零的概念,在平衡力与没有力的区别里解释。力与动量单元收录了完整路线,它的综合练习让你检验自己。
如果方向错误在你的演算中不断重复,老师可以在一对一线上物理补习中陪你一起检查。