受力分析图怎么画：自由体图（FBD）画法详解
受力分析图怎么画：自由体图（FBD）画法详解
受力分析图看上去是整个物理里最简单的一张图：一个物体，几个箭头，画完。可它偏偏是悄悄决定后面整道题对错的那张图。漏掉一个力、箭头方向画反，或者画上一个根本没作用在物体上的力，后面写的每一个方程都会跟着错下去。
受力分析图（FBD，也叫自由体图或力图）只做一件事，而且做得很到位：把单个物体从周围环境里单独拎出来，用一个简单的点或方框代替它，再把作用在它身上的每一个力都画成一个带标注的箭头。除此之外什么都不画。地面、绳子、斜面、其他木块统统消失，只留下它们的作用——也就是力。这种刻意的"剥离"正是整张图的意义所在，也是为什么从高中到大学普通物理，几乎每道力学题的第一步都是它。
这篇文章会讲清楚什么是自由体图、物体该怎么表示、常见的力及其方向、学生作图里容易混进来的错误，以及如何用 SciDraw AI 受力分析图生成器 生成一张干净、标注完整的图。
一张清晰的受力分析图，会把物体表示成一个方框或一个点，并把每个力画成一个指向其作用方向的带标注箭头。
先给结论：受力分析图是什么？
受力分析图是一张只画单个物体的草图，把作用在它身上的每一个力都画成箭头。先选定你关心的那个物体，用一个简单的点或方框把它画出来。然后每有一个力，就加一个箭头：箭尾落在物体上，沿着这个力推或拉的方向，并标注清楚。箭头的长短可以暗示各个力的相对大小，但真正重要的是标签和方向。
让受力分析图站得住脚的核心规则只有一条：只画作用在物体上的力，绝不画物体施加给别处的力。重力把物体往下拉，地面把物体往上推，绳子沿绳长方向把物体拉走。物体自身压在地板上的那个力不属于这张图——因为它作用在地板上，而不是物体上。把这个区别弄清楚，绝大多数受力分析图的错误就消失了。
常见的力及其方向
| 力 | 符号 | 指向方向 |
|---|---|---|
| 重力 | W 或 Fg | 竖直向下，指向地心 |
| 法向力（支持力） | N 或 Fn | 垂直于接触面，背向接触面 |
| 摩擦力 | f 或 Ff | 沿接触面，与运动或运动趋势方向相反 |
| 张力（拉力） | T 或 Ft | 沿绳、线或缆，背离物体方向拉 |
| 外加力 | F 或 Fa | 沿推或拉的方向 |
| 空气阻力 | Fd | 与物体在空气中运动的方向相反 |
| 弹力 | Fs | 沿弹簧方向，与其伸长或压缩相反 |
几个常见错误
1. 画上了物体施加给别处的力
绝大多数错误的受力分析图，根子都在这里。FBD 只画作用在所选物体上的力。物体反推地板的力、它拉绳子的力，这些属于别的物体的图，不属于这一张。拿不准时就问一句：环境里有没有东西在推或拉这个物体？有，就是作用在物体上的力，该画；如果是物体在推别的东西，就不该画。
2. 漏掉法向力，或方向画错
法向力垂直于接触面，并不总是竖直向上。在水平地面上它竖直向上，但在斜面上，它是垂直于斜面、与斜面成一定角度地背向斜面指出去的。在斜面题里把法向力画成竖直方向，是最常见的斜面错误之一，后面所有分量计算都会被它带偏。
3. 凭感觉乱标摩擦力方向
摩擦力与运动或运动趋势相反，所以它的方向取决于物体在做什么。沿斜面下滑的木块，摩擦力指向斜面上方；被推着在地面上滑动的木块，摩擦力则指向推力的反方向。先判断物体往哪动、或将要往哪动，再把摩擦力画成相反方向。
4. 添了根本不存在的力
不是每道题都有全部的力。放在桌上的箱子，只有重力和法向力，就这两个——没有张力，没有外加力，也没有什么神秘的、维持它位置的"向前的力"。一个常被凭空画出来的力，是顺着运动方向画的"运动之力"；其实匀速运动的物体并不存在这样的力。只画物理上真实作用着的力，其余一律不画。
还有一点值得画对：当一道题涉及多个相连的物体，比如两个木块通过一根绳子绕过滑轮连在一起时，要给每个物体单独画一张受力分析图。理想绳子上张力大小处处相等，但它拉每个木块的方向不同，所以每个木块都需要自己那张带各自箭头的图。
用 SciDraw AI 画受力分析图
你只要描述场景，SciDraw AI 就会把物体画出来，并为你标注好各个力的矢量。不用对着画布较劲，也不用手动对齐每一个箭头。描述越清楚，初稿就越接近你想要的样子，所以最好写明物体是什么、要画出哪些力、每个力分别指向哪个方向。
先从经典的"木块在水平面上"开始。下面这条提示词效果不错：
绘制一个放在水平面上的木块的受力分析图。把木块表示成一个方框。画出并标注：竖直向下的重力（Fg）、竖直向上的法向力（Fn）、向右的外加力（Fa）、向左的摩擦力（Ff）。采用干净的物理教材风格。斜面题，把角度和倾斜的坐标轴一起描述清楚：
绘制一个放在倾角为 30 度斜面上的木块的受力分析图。画出并标注：竖直向下的重力、垂直于斜面的法向力、沿斜面向上的摩擦力。画出与斜面对齐的倾斜 x、y 坐标轴。滑轮装置，则让它给每个木块各画一张：
为两个用绳子绕过滑轮相连的木块绘制受力分析图。每个木块都画出并标注：重力、（适用处的）法向力，以及沿绳方向的张力。为每个木块画出方向正确的张力。再告诉它你要用在什么层级，因为高中的力图和大学力学插图，需要的细节差别很大：
- 初中或高中物理；
- 高考、AP 或 A-level 物理；
- 大学普通力学；
- 教材插图或学习单。
有一点要特别说明：SciDraw AI 是按你的描述来绘制和标注力矢量的。它是一个绘图工具，不是物理求解器——它不会计算合力、不会替你做受力平衡，也不保证物理上正确。哪些力在作用、各自指向哪里，由你来定；工具负责把这些变成一张干净的图。所以在用进作业、报告或课件之前，请务必对照你自己的题目核对一遍。
开始绘制你的受力分析图：https://sci-draw.com/free-body-diagram-maker。