高中奥林匹克物理竞赛解题方法 一 整体法
高中物理:整体法解题方式(含例题)

高中物理:整体法解题方式(含例题)所谓整体是指整个集体或整个事物的全部,而物理学中的整体不仅可视物体系为整体,还可将物理“全过程”视为整体。
即整体法就是指对物理问题的整个系统或整个过程进行研究的方法。
整体法的思维特点就是本着整体观念,对系统进行整体分析,是系统论中的整体原理在物理中的具体应用,它把一切系统均当作一个整体来研究,从而揭示事物的本质和变化规律,而不必追究系统内各物体的相互作用和每个运动阶段的细节,因而避免了中间量的繁琐推算,简捷巧妙地解决问题。
下面通过具体例子来说明整体法在解决物理问题中的应用。
一、视物体系为研究对象当求解的物理问题不涉及系统中某个物体所受的力和运动时,则只需选取几个相关联的物体组成的系统作为研究对象,就可求得所求量与已知量之间的关系;当运用适用于物体系的物理原理、定律时,则应取该物体系为研究对象。
例如:运用机械能守恒定律时应取运动物体与地球组成的系统为研究对象;运用动量守恒定律时,应取相互作用的物体组成的系统为研究对象等。
例1. 如图1所示,质量为、倾角为的木楔ABC静置于动摩擦因数的水平地面上。
在木楔的斜面上,有一质量的物块由静止开始沿斜面匀加速下滑,当滑到路程时,其速度,在这过程中木楔没有移动。
求:地面对木楔的摩擦力大小和方向。
图1解析:物块m与木楔M在相对静止时,是一个整体;当物体从静止开始沿斜面下滑,经时间t后,m获得了速度v。
此时在水平方向上,物块m获得速度,木楔M保持静止,因此m、M组成的系统在水平方向上所受合外力不为零。
以整体(m、M组成的系统)为研究对象,则物块m与木楔M之间的相互作用为内力,系统在水平方向只受地面对木楔的静摩擦力f的作用,即系统在水平方向所受合外力为,其冲量使系统在水平方向动量发生改变物块从木楔上由静止开始匀加速下滑有对系统水平方向应用动量定理有而联立以上三式解得:方向与方向相同,即水平向左。
二、视运动全过程为研究对象当所求的物理量只涉及运动的全过程而不必分析某一阶段的运动情况时,可通过整体研究运动的全过程来解决问题;特别是运用动能定理和动量定理时,只需分析运动的初态和末态,而不必去追究运动过程的细节;对于处理变力问题及难以分析运动过程和寻找规律的问题,更显出其优越性。
高中物理力学解题中整体法的运用

高中物理力学解题中整体法的运用整体法是高中物理力学中常用的一种解题方法。
通过整体法,我们可以将一个复杂的问题分解成多个简单的问题,并将这些简单的问题进行整体分析,从而得到整个问题的解答。
在力学问题中,整体法的运用可以分为以下几个步骤:1. 了解问题的条件和要求在解题之前,首先要明确问题中给出的条件和要求。
这些条件和要求可以是物体的质量、速度、加速度等等。
通过对问题条件的仔细分析,我们可以确定问题的基本物理量。
2. 找出问题中涉及的物体和力在力学问题中,物体的运动通常受到一些力的作用。
在解题之前,需要找出问题中涉及的所有物体和作用在物体上的所有力。
通过对问题中涉及的物体和力的分析,可以确定物体的运动方向和受力方向。
3. 采用适当的参考系在解题过程中,选择适当的参考系非常重要。
通过选择一个合适的参考系,可以简化物体的运动描述,并且方便我们对物体的运动状态进行分析。
根据问题的特点,可以选择惯性参考系或非惯性参考系。
5. 利用牛顿定律进行分析在力学问题中,牛顿定律是非常重要的定律。
通过运用牛顿定律,可以分析物体的运动状态和受力情况。
根据物体所受的合外力和物体的质量,可以得到物体的加速度。
进一步地,可以计算物体的速度和位移等物理量。
6. 综合分析各个物体的动力学关系在解题中,通常有多个物体同时受力。
在这种情况下,需要综合分析各个物体的动力学关系。
通过应用牛顿定律和其他相关定律,可以求解出各个物体的运动情况,并且得到整个问题的解答。
通过运用整体法,可以解决各种不同类型的力学问题,如平抛运动问题、竖直上抛运动问题、斜抛运动问题、简谐振动问题等等。
在解题过程中,需要灵活运用整体法的各个步骤,并且结合具体问题的特点,进行分析和推理。
通过反复练习和实践,可以提高使用整体法解题的能力,并且更好地理解物理力学的基本原理和概念。
高考物理解题方法之整体法精讲

一、整体法方法简介整体是以物体系统为研究对象,从整体或全过程去把握物理现象的本质和规律,是一种把具有相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的多个物体,多个状态,或者多个物理变化过程组合作为一个融洽加以研究的思维形式。
整体思维是一种综合思维,也可以说是一种综合思维,也是多种思维的高度综合,层次深、理论性强、运用价值高。
因此在物理研究与学习中善于运用整体研究分析、处理和解决问题,一方面表现为知识的综合贯通,另一方面表现为思维的有机组合。
灵活运用整体思维可以产生不同凡响的效果,显现“变”的魅力,把物理问题变繁为简、变难为易。
赛题精讲例1:如图1—1所示,人和车的质量分别为m 和M ,人用水平力F 拉绳子,图中两端绳子均处于水平方向,不计滑轮质量及摩擦,若人和车保持相对静止,且水平地面是光滑的,则车的加速度为 。
解析:要求车的加速度,似乎需将车隔离出来才能求解,事实上,人和车保持相对静止,即人和车有相同的加速度,所以可将人和车看做一个整体,对整体用牛顿第二定律求解即可。
将人和车整体作为研究对象,整体受到重力、水平面的支持力和两条绳的拉力。
在竖直方向重力与支持力平衡,水平方向绳的拉力为2F ,所以有:2F = (M + m)a ,解得:a =2F M m 例2:用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图1—2所示,今对小球a 持续施加一个向左偏下30°的恒力,并对小球b 持续施加一个向右偏上30°的同样大小的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的图可能是( )解析:表示平衡状态的图是哪一个,关键是要求出两条轻质细绳对小球a 和小球b 的拉力的方向,只要拉力方向求出后,。
图就确定了。
先以小球a 、b 及连线组成的系统为研究对象,系统共受五个力的作用,即两个重力(m a + m b )g ,作用在两个小球上的恒力F a 、F b 和上端细线对系统的拉力T 1 。
因为系统处于平衡状态,所受合力必为零,由于F a 、F b 大小相等,方向相反,可以抵消,而(m a + m b )g 的方向竖直向下,所以悬线对系统的拉力T 1的方向必然竖直向上。
高中物理竞赛备战物理竞赛掌握物理问题的解题技巧和思路

高中物理竞赛备战物理竞赛掌握物理问题的解题技巧和思路在高中物理竞赛备战期间,掌握物理问题的解题技巧和思路是非常重要的。
本文将分享一些有效的方法和策略,帮助同学们在竞赛中更好地应对物理问题。
一、理清物理知识框架在备战物理竞赛之前,同学们需要系统地学习相关的物理知识,并理清知识的框架。
可以从重要的基础知识出发,逐步扩展到更高级的内容。
例如从力学、热学、光学、电磁学等方面入手,逐层递进地学习相关的理论和公式。
二、强化基本概念和公式的理解熟练掌握基本概念和公式是解决物理问题的基础。
同学们需要逐个概念进行理解,通过实例和图表进行实际应用,加深对概念的理解和记忆。
同时,要掌握一些常见的公式和其推导过程,这有助于加深对公式的理解和记忆,并能更好地运用到解题中。
三、注重解题方法的培养解题方法的培养至关重要。
需要培养一些常见的问题解决思路和方法,例如分析-分类-求解法、模型建立法、变形和逆向思维法等。
这些方法能够帮助同学们更快、更准确地解决物理问题,并在竞赛中取得好成绩。
四、多做习题和模拟试题理论学习只是第一步,同学们还需要通过多做习题和模拟试题来巩固所学知识,并提高解题的能力。
可以选择一些经典习题和竞赛试题进行训练,熟悉不同类型的题目和解题思路。
同时,需要注意进行错题总结,分析错误原因,找到解题的漏洞,以避免类似错误的再次发生。
五、培养逻辑思维和分析问题的能力物理竞赛中,逻辑思维和分析问题的能力非常重要。
同学们需要培养逻辑思维,学会抓住问题的关键点,建立问题与知识之间的联系。
培养逻辑思维能力可以通过解决一些有逻辑推理的问题,如逻辑谜题、思维游戏等。
同时,多进行物理问题的思考和讨论,加深对问题本质的理解和把握。
六、关注前沿科技和物理研究领域对于物理竞赛选手来说,关注前沿科技和物理研究领域的最新动态是非常有益的。
通过阅读相关的科技新闻、研究报告和论文,能够拓宽知识面,了解物理学的最新发展和应用。
这些信息的获取有助于拓展思维,提升解题能力,并能在竞赛中运用到实际问题中。
物理竞赛常用方法专题(一)

所以推力至少为:F = (m1+ m2)( +μ2)g
例2:如图,物体系由A、B、C三个物体构成,质量分别为mA、mB、mC。用一水平力F作用在小车C上,小车C在F的作用下运动时能使物体A和B相对于小车C处于静止状态。求连接A和B的不可伸长的线的张力T和力F的大小。(一切摩擦和绳、滑轮的质量都不计)
物理竞赛常用方法专题(一)
整体法与隔离法
整体法:
一、方法提要:
整体法是以物体系统为研究对象,从整体或全过程去把握物理现象的本质和规律,是一种把具有相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的多个物体、多个状态或者多个物理变化过程组合作为一个整体加以研究的思维形式。
二、例题:
例1:总质量为M的列车以匀速率v0在平直轨道上匀速行驶,各车厢受的阻力均为车重的K倍,而与车速无关。某时刻列车后部质量为m的车厢脱钩,而机车牵引力未变,则脱钩的车厢刚停下的瞬间,前面列车的速度是多少?
解析:此题求脱钩的车厢刚停下的瞬间,前面列车的速度,就机车来说,在车厢脱钩后,开始做匀加速直线运动,而脱钩后的车厢做匀减速直线运动,由此可见,求机车的速度可用匀变速直线运动公式和牛顿第二定律求解。
法一:牛二定律(请自行完成)。
法二:整体法:
把整个列车当做一个整体,整个列车在脱钩前后所 受合外力都为零,所以整个列车动量守恒,因而可以用动量守恒定律求解。
以B、C、D分别为研究对象,根据动量定理:
对B有:IA-IBcos60°= mBu①
IAcos60°-IB= mBu1②
对C有:IB-IDcos60°= mCu1③
IBcos60°-ID= mcu2④
高中物理竞赛(解题方法: 整体法)

高中奥林匹克物理竞赛解题方法一、整体法方法简介整体是以物体系统为研究对象,从整体或全过程去把握物理现象的本质和规律,是一种把具有相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的多个物体,多个状态,或者多个物理变化过程组合作为一个融洽加以研究的思维形式。
整体思维是一种综合思维,也可以说是一种综合思维,也是多种思维的高度综合,层次深、理论性强、运用价值高。
因此在物理研究与学习中善于运用整体研究分析、处理和解决问题,一方面表现为知识的综合贯通,另一方面表现为思维的有机组合。
灵活运用整体思维可以产生不同凡响的效果,显现“变”的魅力,把物理问题变繁为简、变难为易。
赛题精讲例1:如图1—1所示,人和车的质量分别为m 和M ,人用水平力F 拉绳子,图中两端绳子均处于水平方向,不计滑轮质量及摩擦,若人和车保持相对静止,且水平地面是光滑的,则车的加速度为 .解析:要求车的加速度,似乎需将车隔离出来才 能求解,事实上,人和车保持相对静止,即人和车有相同的加速度,所以可将人和车看做一个整体,对整体用牛顿第二定律求解即可.将人和车整体作为研究对象,整体受到重力、水平面的支持力和两条绳的拉力.在竖直方向重力与支持力平衡,水平方向绳的拉力为2F ,所以有:2F=(M+m)a ,解得:mM F a +=2 例2 用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图1—2所示,今对小球a 持续施加一个向左偏下30°的恒力,并 对小球b 持续施加一个向右偏上30°的同样大小的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的图可能是 ( )解析 表示平衡状态的图是哪一个,关键是要求出两条轻质细绳对小球a 和小球b 的拉力的方向,只要拉力方向求出后,。
图就确定了。
先以小球a 、b 及连线组成的系统为研究对象,系统共受五个力的作用,即两个重力(m a +m b )g ,作用在两个小球上的恒力F a 、F b 和上端细线对系统的拉力T 1.因为系统处于平衡状态,所受合力必为零,由于F a 、F b 大小相等,方向相反,可以抵消,而(m a +m b )g 的方向竖直向下,所以悬线对系统的拉力T 1的方向必然竖直向上.再以b 球为研究对象,b 球在重力m b g 、恒力F b 和连线拉力T 2三个力的作用下处于平衡状态,已知恒力向右偏上30°,重力竖直向下,所以平衡时连线拉力T 2的方向必与恒力F b 和重力m b g 的合力方向相反,如图所示,故应选A.例3 有一个直角架AOB ,OA 水平放置,表面粗糙,OB 竖直向下,表面光滑,OA 上套有小环P ,OB 上套有小环Q ,两个环的质量均为m ,两环间由一根质量可忽略、不何伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图1—4所示.现将P 环向左移动一段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态相比,OA 杆对P 环的支持力N 和细绳上的拉力T 的变化情况是 ( )A .N 不变,T 变大B .N 不变,T 变小C .N 变大,T 变小D .N 变大,T 变大解析 先把P 、Q 看成一个整体,受力如图1—4—甲所示,则绳对两环的拉力为内力,不必考虑,又因OB 杆光滑,则杆在竖直方向上对Q 无力的作用,所以整体在竖直方向上只受重力和OA 杆对它的支持力,所以N 不变,始终等于P 、Q 的重力之和。
高中物理力学解题中整体法的运用

高中物理力学解题中整体法的运用
整体法是高中物理力学解题中一种常用的解题方法,利用整体思维来解决力学问题,可以节省计算步骤,提高解题效率。
整体法的基本原理是将所有物体看作一个整体,利用整体的性质和运动规律来分析和解题。
具体来说,整体法可分为以下几个步骤:
1. 确定整体和局部物体:首先要明确整个物理系统中的整体和局部物体是哪些,找到它们之间的相互作用关系。
2. 确定受力情况:根据物体之间的相互作用关系,分析每个局部物体所受的外力和内力。
3. 确定加速度和运动规律:根据牛顿第二定律和运动学公式,得出整体的加速度和局部物体的位移、速度和加速度之间的关系。
4. 使用整体物体的性质:根据整体物体的性质,如守恒定律、平衡条件等,找到有关的物理量之间的关系。
5. 求解未知量:根据已知条件和得到的物理量关系,求解未知量。
整体法的运用可以很好地解决各种力学问题。
对于多物体受力问题,可以将所有物体看作一个整体,根据整体的受力情况和运动规律,找到各个局部物体之间的关系,从而简化问题的求解过程。
对于平衡条件下的问题,可以利用整体物体的平衡条件,得到有关物理量之间的关系,从而解决问题。
对于一维、二维和三维的运动问题,也可以利用整体法来简化计算过程。
高中物理力学解题中整体法的运用

高中物理力学解题中整体法的运用
整体法是高中物理力学解题中常用的一种求解方法,它通过整体分析和综合运用相关
知识和公式,以整的思维方式解决问题。
采用整体方法,首先要对问题进行整体的认识和
分析,然后才能找到相应的解题方法。
整体法要求我们对问题进行整体的认识和分析。
在解题时,我们要全面了解问题的背
景和条件,并把握住问题的核心,找到问题的关键点。
只有在全面认识问题的基础上,我
们才能准确地运用相关的知识和公式来解决问题。
整体法要求我们将问题综合考虑,运用多种知识和公式。
在解题时,我们要灵活运用
相关的力学知识和公式,根据问题的具体要求,选择适合的公式和方法。
有时,一个问题
可能需要综合使用多个公式进行求解,这就需要我们对知识的掌握和理解能力有一定的要求,能够熟练运用相关的知识来解决问题。
除了灵活运用相关的知识和公式,整体法还要求我们结合实际情况,进行合理的假设
和近似计算。
在解题时,我们要根据问题的实际情况,进行合理的假设和近似计算。
有时,为了简化问题的复杂程度,我们可以对实际情况进行合理的简化和近似处理,这样可以更
好地解决问题。
整体法要求我们要进行全面的分析和总结,从而完善我们的解题能力。
在解题过程中,我们要不断地总结经验,分析问题的解题思路和方法,找出问题的规律和特点。
只有通过
不断地实践和总结,我们才能不断提高自己的解题能力,更好地运用整体法来解决问题。
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一、整体法方法简介整体是以物体系统为研究对象,从整体或全过程去把握物理现象的本质和规律,是一种把具有相互联系、相互依赖、相互制约、相互作用的多个物体,多个状态,或者多个物理变化过程组合作为一个融洽加以研究的思维形式。
整体思维是一种综合思维,也可以说是一种综合思维,也是多种思维的高度综合,层次深、理论性强、运用价值高。
因此在物理研究与学习中善于运用整体研究分析、处理和解决问题,一方面表现为知识的综合贯通,另一方面表现为思维的有机组合。
灵活运用整体思维可以产生不同凡响的效果,显现“变”的魅力,把物理问题变繁为简、变难为易。
赛题精讲例1:如图1—1所示,人和车的质量分别为m 和M ,人用水平力F 拉绳子,图中两端绳子均处于水平方向,不计滑轮质量及摩擦,若人和车保持相对静止,且水平地面是光滑的,则车的加速度为 。
解析:要求车的加速度,似乎需将车隔离出来才能求解,事实上,人和车保持相对静止,即人和车有相同的加速度,所以可将人和车看做一个整体,对整体用牛顿第二定律求解即可。
将人和车整体作为研究对象,整体受到重力、水平面的支持力和两条绳的拉力。
在竖直方向重力与支持力平衡,水平方向绳的拉力为2F ,所以有:2F = (M + m)a ,解得:a =2F M m例2:用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图1—2所示,今对小球a 持续施加一个向左偏下30°的恒力,并对小球b 持续施加一个向右偏上30°的同样大小的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的图可能是( )解析:表示平衡状态的图是哪一个,关键是要求出两条轻质细绳对小球a 和小球b 的拉力的方向,只要拉力方向求出后,。
图就确定了。
先以小球a 、b 及连线组成的系统为研究对象,系统共受五个力的作用,即两个重力(m a + m b )g ,作用在两个小球上的恒力F a 、F b 和上端细线对系统的拉力T 1 。
因为系统处于平衡状态,所受合力必为零,由于F a 、F b大小相等,方向相反,可以抵消,而(m a + m b )g 的方向竖直向下,所以悬线对系统的拉力T 1的方向必然竖直向上。
再以b 球为研究对象,b 球在重力m b g 、恒力F b 和连线拉力T 2三个力的作用下处于平衡状态,已知恒力向右偏上30°,重力竖直向下,所以平衡时连线拉力T 2的方向必与恒力F b 和重力m b g 的合力方向相反,如图所示,故应选A 。
例3:有一个直角架AOB ,OA 水平放置,表面粗糙,OB 竖直向下,表面光滑,OA 上套有小环P ,OB 上套有小环Q ,两个环的质量均为m ,两环间由一根质量可忽略、不何伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图1—4所示。
现将P 环向左移动一段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态相比,OA 杆对P 环的支持力N 和细绳上的拉力T 的变化情况是( )A .N 不变,T 变大B .N 不变,T 变小C .N 变大,T 变小D .N 变大,T 变大解析:先把P 、Q 看成一个整体,受力如图1—4—甲所示,则绳对两环的拉力为内力,不必考虑,又因OB 杆光滑,则杆在竖直方向上对Q 无力的作用,所以整体在竖直方向上只受重力和OA 杆对它的支持力,所以N 不变,始终等于P 、Q 的重力之和。
再以Q 为研究对象,因OB 杆光滑,所以细绳拉力的竖直分量等于Q 环的重力,当P 环向左移动一段距离后,发现细绳和竖直方向夹角a 变小,所以在细绳拉力的竖直分量不变的情况下,拉力T 应变小。
由以上分析可知应选B 。
例4:如图1—5所示,质量为M 的劈块,其左右劈面的倾角分别为θ1 = 30°、θ2 = 45°,质量分别为m 1和m 2 = 2.0kg 的两物块,同时分别从左右劈面的顶端从静止开始下滑,劈块始终与水平面保持相对静止,各相互接触面之间的动摩擦因数均为μ =0.20 ,求两物块下滑过程中(m 1和m 2均未达到底端)劈块受到地面的摩擦力。
(g = 10m/s 2)解析:选M 、m 1和m 2构成的整体为研究对象,把在相同时间内,M 保持静止,m 1和m 2分别以不同的加速度下滑三个过程视为一个整体过程来研究。
根据各种性质的力产生的条件,在水平方向,整体除受到地面的静摩擦力外,不可能再受到其他力;如果受到静摩擦力,那么此力便是整体在水平方向受到的合外力。
根据系统牛顿第二定律,取水平向左的方向为正方向,则有:F 合x = Ma ′+ m 1a 1x -m 2a 2x其中a ′、a 1x 和a 2x 分别为M 、m 1和m 2在水平方向的加速度的大小,而a ′= 0 ,a 1x = g (sin30°-μcos30°) ⋅cos30° ,a 2x = g (sin45°-μcos45°) ⋅cos45° 。
所以:F 合 = m 1g (sin30°-μcos30°) ⋅cos30°-m 2g (sin45°-μcos45°) ⋅cos45°10×(12--2.0×10×-=-2.3N 负号表示整体在水平方向受到的合外力的方向与选定的正方向相反。
所以劈块受到地面的摩擦力的大小为2。
3N ,方向水平向右。
例5:如图1—6所示,质量为M 的平板小车放在倾角为θ的光滑斜面上(斜面固定),一质量为m的人在车上沿平板向下运动时,车恰好静止,求人的加速度。
解析:以人、车整体为研究对象,根据系统牛顿运动定律求解。
如图1—6—甲,由系统牛顿第二定律得:(M + m)gsin θ = ma解得人的加速度为a =M m m+gsin θ 例6:如图1—7所示,质量M = 10kg 的木块ABC静置 于粗糙的水平地面上,滑动摩擦因数μ = 0.02 ,在木块的倾角θ为30°的斜面上,有一质量m = 1.0kg 的物块静止开始沿斜面下滑,当滑行路程s = 1.4m 时,其速度v = 1.4m/s ,在这个过程中木块没有动,求地面对木块的摩擦力的大小和方向。
(重力加速度取g = 10/s 2)解析:物块m 由静止开始沿木块的斜面下滑,受重力、弹力、摩擦力,在这三个恒力的作用下做匀加速直线运动,由运动学公式可以求出下滑的加速度,物块m 是处于不平衡状态,说明木块M 一定受到地面给它的摩察力,其大小、方向可根据力的平衡条件求解。
此题也可以将物块m 、木块M 视为一个整体,根据系统的牛顿第二定律求解。
由运动学公式得物块m 沿斜面下滑的加速度: a =22t 0v v 2s -=2t v 2s =21.42 1.4⨯= 0.7m/s 2 以m 和M 为研究对象,受力如图1—7—甲所示。
由系统的牛顿第二定律可解得地面对木块M 的摩擦力为f = macos θ = 0.61N ,方向水平向左。
例7:有一轻质木板AB 长为L ,A 端用铰链固定在竖直墙上,另一端用水平轻绳CB 拉住。
板上依次放着A 、B 、C 三个圆柱体,半径均为r ,重均为G ,木板与墙的夹角为θ ,如图1—8所示,不计一切摩擦,求BC 绳上的张力。
解析:以木板为研究对象,木板处于力矩平衡状态,若分别以圆柱体A 、B 、C 为研究对象,求A 、B 、C 对木板的压力,非常麻烦,且容易出错。
若将A 、B 、C 整体作为研究对象,则会使问题简单化。
以A 、B 、C 整体为研究对象,整体受到重力3G 、木板的支持力F 和墙对整体的支持力F N ,其中重力的方向竖直向下,如图1—8—甲所示。
合重力经过圆柱B 的轴心,墙的支持力F N垂直于墙面,并经过圆柱C 的轴心,木板给的支持力F 垂直于木板。
由于整体处于平衡状态,此三力不平行必共点,即木板给的支持力F 必然过合重力墙的支持力F N 的交点。
根据共点力平衡的条件:ΣF = 0 ,可得:F =3G sin θ。
由几何关系可求出F 的力臂 L = 2rsin 2θ +r sin θ+ r·cotθ 以木板为研究对象,受力如图1—8—乙所示,选A 点为转轴,根据力矩平衡条件ΣM = 0 ,有:F ⋅L = T ⋅Lcos θ 即:213Gr(2sin cot )sin sin θ++θθθ= T ⋅Lcos θ 解得绳CB 的张力:T =3Gr L (2tan θ +21cos sin cos +θθ⋅θ) 例8:质量为1.0kg 的小球从高20m 处自由下落到软垫上,反弹后上升的最大高度为5.0m ,小球与软垫接触的时间为1.0s ,在接触时间内小球受合力的冲量大小为(空气阻力不计,取g = 10m/s 2) ( )A .10N ⋅sB .20 N ⋅sC .30 N ⋅sD .40 N ⋅s解析:小球从静止释放后,经下落、接触软垫、反弹上升三个过程后到达最高点。
动量没有变化,初、末动量均为零,如图1—9所示。
这时不要分开过程求解,而是要把小球运动的三个过程作为一个整体来求解。
设小球与软垫接触时间内小球受到合力的冲量大小为I ,下落高度为H 1 ,下落时间为t 1 ,接触反弹上升的高度为H 2 ,上升的时间为t 2 ,则以竖直向上为正方向,根据动量定理得: -mg ⋅t 1 + I -mg ⋅t 2 = 0而 t 1t 2故:⋅s答案:C例9:总质量为M 的列车以匀速率v 0在平直轨道上行驶,各车厢受的阻力都是车重的k 倍,而与车速无关。
某时刻列车后部质量为m 的车厢脱钩,而机车的牵引力不变,则脱钩的车厢刚停下的瞬间,前面列车的速度是多少?解析:此题求脱钩的车厢刚停下的瞬间,前面列车的速度,就机车来说,在车厢脱钩后,开始做匀加速直线运动,而脱钩后的车厢做匀减速运动,由此可见,求机车的速度可用匀变速直线运动公式和牛顿第二定律求解。
现在若把整个列车当作一个整体,整个列车在脱钩前后所受合外力都为零,所以整个列车动量守恒,因而可用动量守恒定律求解。
根据动量守恒定律,得:Mv 0 = (M -m)V图1—8乙图1—9即:V =0Mv M m- 即脱钩的车厢刚停下的瞬间,前面列车的速度为0Mv M m -。
【说明】显然此题用整体法以列车整体为研究对象,应用动量守恒定律求解比用运动学公式和牛顿第二定律求简单、快速。
例10:总质量为M 的列车沿水平直轨道匀速前进,其末节车厢质量为m ,中途脱钩,司机发觉时,机车已走了距离L ,于是立即关闭油门,撤去牵引力,设运动中阻力与质量成正比,机车的牵引力是恒定的,求,当列车两部分 都静止时,它们的距离是多少?解析:本题若分别以机车和末节车厢为研究对象用运动学、牛顿第二定律求解,比较复杂,若以整体为研究对象,研究整个过程,则比较简单。