首页 -> 2008年第8期
对《工程力学》课物体受力分析教学的点滴体会
作者：阳益贵
[关键词]物体 受力分析 教学 受力图
物体受力分析方法和力系平衡条件在工程中应用广泛。在静载荷作用下的工程结构（如桥梁、房屋等），常见的机械零件（如轴、齿轮）在工作时大多处于平衡状态，或者近似地看作平衡状态。要做到结构设计和施工上的技术先进、经济合理、安全适用、质量上乘，需要与多方面紧密配合。受力分析就是一个非常重要的环节，笔者就这个问题谈谈自己在《工程力学》课的讲述中，对物体受力分析教学的点滴体会，以供同行们参考。
对当前职业院校的学生来说，尽管《工程力学》课中对物体受力分析的题目很简单，但由于一部分同学对中学物理、数学等知识掌握不扎实，要把其思维引入到《工程力学》上来，尚需一定的时间和精力。
如图1，重量为Q的小车用绳系住，绳绕过光滑的滑轮，一端受力P作用，使小车沿斜面匀速上升，试分别画出小车和滑轮的受力图。
对这样的题，有相当一部分同学都画成了如图2的形式。而正确的答案是图3。
之所以会出现这样的错误，大概源于图4和图5所示物体受力分析方法。
由于工程结构中的差异，两个轮子的受力N1、N2一般是不相等的（可以暗示学生，在后面的章节中会讲到）经过解释，学生们才明白《工程力学》主要是强调力的作用点的位置，不能像中学物理中一概定在物体的重心上。又如图6，杆AB和BC用铰链联接于B点，杆的另一端A和C分别用固定铰链支座联接于墙上，在铰链B的销钉上挂一重量为Q的物体，如不计各杆重量，试分别画出杆AB、BC及销钉的受力图。
一句“在铰链B的销钉上挂一重量为Q的物体”把学生的思路拦住了，想了半天一部分同学还是把受力图画成了图7。而正确的答案应该是图8。
鉴于以上两例，学生们的思维表现，笔者认为有的必要对基本定义、公式、定理进行反复讲解，对于似是而非的概念也须多次举例论证，使学生跳出中学物理力学解题的圈子，尽快形成现有《工程力学》的思维方法。例如，在讲解静力学公理2就是这样进行的。
公理2：（2力平衡公理）刚体只受两个力的大小相等，方向相反，且作用在同一直线上。
凡是只有两个着力点处于平衡的构件，称为二力构件，简称为二力杆。强调“两个着力点”和“处于平衡”。诸如以下情况均不是二力杆，图9系着三个着力点，而图10不平衡。
另外二力杆仅强调“两个着力点”和“处于平衡”，没有形状、尺寸规定，也就是说适合不同的形体。诸如以下情况（图11、12、13）均是二力杆。
对二力杆解释清楚以后，同学们对二力杆的判断就得心应手了。又如力是物体间相互作用产生的，取某物体为研究对象，与它相接触的物体当然有力的作用，在研究对象上画上力，就代表客观存在的其它物体对它的作用。
另外，熟记典型约束的简化符号及性质很有必要，这些符号是工程技术人员的共同语言，一见这类符号、约束反力的分析就已经确定。
我们的教学中几乎每一题都用到作用力与反作用力公理；甲物体对乙物体有力N作用，与此同时乙对甲必有反作用力N，，且N= N，。分析两物体之间的力，一定要等量、反向和共线。不按这个规律和分析，就是错误的。如图14的画法就是错误的，RB和RB，应该是反向的。
画物体的受力图，不仅要掌握基本理论知识，还要求学生养成良好的完成作业的习惯。如受力中每一件物体简图都要用绘图工具画，不允许出现直线不直，圆形不圆，不注尺寸，凑凑合合的现象。图中每一个力都应以文字命名，对所取的研究对象，在教学中应提出“三不准”：不准改变形容对象的形状和尺寸；不准改变形容对象的位置摆布；不准徒手作图。同时要说明“三不准”的原因。
图15的问题在平面汇交力系几何法中显得更加突出（特别是没有按比例画图的情形）。
在图16中如改变摆布位置，容易导致错误的结果，如图17。即使是图18也不利于与原图的对照和理解。
正确答案是图3所示。
另外，授课时要通过反复讲解，多做练习，提出画受力图的规律，按规律去画。我是以下面例题来加以说明的。
试画出三铰钢架在水平力作用下，支架AC及BC的受力图，钢架自重不计。在教学法中要求学生摆脱那种从左至右的思维定式，找出最佳受力图。该题先画AC支架，再画出BC支架，则图19的受力图如图20，力的个数增多。
如先画出BC架，后画AC架，则受力图如图21。
通过以上两种画法，大家可以明显看出，第二种受力图比第一种受力图从形式上看要简单得多。在讲物体受力分析这一章时，我主要采用了讲授法，并附之讨论法，演示多种解题途径，让学生体验哪种方法简单，怎样分析最好。
总之，学生只要牢牢掌握基本内容，才能为正确画好物体的受力图作好充分准备。除此之外，还要多练习，掌握画图的要求和规律。
参考文献：
[1]李立斌.工程力学[M].北京:机械工业出版社.2007.