高中物理整体法和隔离法在平衡问题中的应用
第四讲:整体隔离法,动态平衡问题

第三章 相互作用第四讲:整体隔离法,动态平衡问题一、整体法与隔离法在平衡问题中的应用1.整体法:研究外力对物体系统的作用时,一般选用整体法。
因为不用考虑系统内力,所以这种方法更简便,总之,能用整体法解决的问题不用隔离法。
2.隔离法:分析系统内各物体(各部分)间的相互作用时,需要选用隔离法,一般情况下隔离受力较少的物体。
练习题1、如图,在光滑的水平面上叠放三个完全相同的木块,水平细绳绕过 定滑轮,两端分别系在第1、第3木块上,用水平力F 拉第3块木块 但未拉动。
设第1块和第2块、第2块和第3块之间的摩擦力大小 分别为f 12和f 23,且滑轮的摩擦不计,则应有( )A .f 12<f 23B .f 12>f 23C .f 12=f 23D .f 12=F/22、(08海南高考)如图,质量为M 的楔形物块静置在水平地面上,其斜面的倾角为θ.斜面上有一质量为m 的小物块,小物块与斜面之间存在摩擦.用恒力F 沿斜面向上拉小物块,使之匀速上滑.在小物块运动的过程中,楔形物块始终保持静止.地面对楔形物块的支持力为( ) A .(M +m )g B .(M +m )g -FC .(M +m )g +F sin θD .(M +m )g -F sin θ3、如图所示,质量分别为、的两个物体通过轻弹簧连接,在力的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(在地面,在空中),力与水平方向成角。
则所受支持力N 和摩擦力正确的是( )A .B .C .D .4、如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O 是球心,碗的内表面光滑.轻质杆的两端固定有两个小球,质量分别是m 1、m 2.当它们静止时,m 1、m 2与球心的连线跟水平面分别成60°、30°角,则碗对两小球的弹力F 1、F 2大小之比( )A . B.3C . 3 D.35、(2014·浙江五校联考)如图7所示,在足够长水平传送带上有三个质量分别为m 1、m 2、m 3的小木块(长度不计)1、2、3,中间分别用一原长为L ,劲度系数为k 的轻弹簧连接起来,木块与传送带间的动摩擦因数为μ,现用水平细绳将木块1固定在左边的墙上,传送带按图1m 2m F 1m 2m F θ1m f 12sin N m g m g F θ=+-12cos N m g m g F θ=+-cos f F θ=sin f F θ=示方向匀速运动,当三个木块达到平衡后,1、3两木块之间的距离是( )A .2L +μ(m 2+m 3)g /kB .2L +μ(2m 2+m 3)g /kC .2L +μ(m 2+2m 3)g /kD .2L +μ(m 1+m 2+m 3)g /k6、如图2-22所示,50个大小相同,质量均为m 的小物块,在平行于斜面向上的恒力F 作用下一起沿斜面向上匀速运动.已知斜面足够长,倾角为30°,各物块与斜面的动摩擦因数相同,重力加速度为g ,则第3个小物块对第2个小物块的作用力大小为( ).A.125F B.2425F C .24mg +F 2D .因为动摩擦因数未知,所以不能确定二、解决动态平衡问题的三种方法通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢地变化,物体在这一变化过程中始终处于一系列的平衡状态中,这种平衡称为动态平衡。
共点力平衡及整体法与隔离法在平衡中的应用

共点力平衡及整体法与隔离法在平衡中的应用例1 在科学研究中,可以用风力仪直接测量风力的大小,其原理如图所示.仪器中一根轻质金属丝下悬挂着一个金属球,无风时,金属丝竖直下垂;当受到沿水平方向吹来的风时,金属丝偏离竖直方向一定角度.风力越大,偏角越大.通过传感器,就可以根据偏角的大小测出风力的大小,求风力大小F跟金属球的质量m、偏角θ之间的关系.例2如图所示,质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上,三棱柱的斜面是光滑的,且斜面倾角为θ.质量为m 的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间,A和B都处于静止状态,求地面对三棱柱的支持力和摩擦力各为多少?练习1.如图所示,三个相同的轻质弹簧连接在O点,弹簧1的另一端固定在天花板上,且与竖直方向的夹角为30°,弹簧2水平且右端固定在竖直墙壁上,弹簧3的另一端悬挂质量为m的物体且处于静止状态,此时弹簧1、2、3的形变量分别为x1、x2、x3,则()A.x1∶x2∶x3=3∶1∶2 B.x1∶x2∶x3=2∶1∶ 3C.x1∶x2∶x3=1∶2∶ 3 D.x1∶x2∶x3=3∶2∶12.在如图所示的A、B、C、D四幅图中,滑轮本身的重力忽略不计,滑轮的轴O安装在一根轻木杆P上,一根轻绳ab绕过滑轮,a端固定在墙上,b端下面挂一个质量都是m的重物,当滑轮和重物都静止不动时,图A、C、D中杆P与竖直方向的夹角均为θ,图B中杆P在竖直方向上,假设A、B、C、D四幅图中滑轮受到木杆弹力的大小依次为F A、F B、F C、F D,则以下判断中正确的是()A.F A=F B=F C=F D B.F D>F A=F B>F C C.F A=F C=F D>F B D.F C>F A=F B>F D3.(2013•山东)如图所示,用完全相同的轻弹簧A、B、C将两个相同的小球连接并悬挂,小球处于静止状态,弹簧A与竖直方向的夹角为30°,弹簧C水平,则弹簧A、C的伸长量之比为()A、B、C、1:2 D、2:14. 如图,物体P静止于固定的斜面上,P的上表面水平,现把物体Q轻轻地叠放在P上,则()A、P向下滑动B、P静止不动C、P所受的合外力增大D、P与斜面间的静摩擦力增大5.如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O是球心,碗的内表面光滑.一根轻质杆的两端固定有两个小球,质量分别是m1、m2.当它们静止时,m1、m2与球心的连线跟水平面分别成60°、30°角,则两小球质量m1与m2的比值是()A.1∶2 B.3∶1 C.2∶1 D.3∶26. 把用金属丝做成的直角三角形框架ABC竖直地放在水平面上,AB边与BC边夹角为α,直角边AC上套一小环Q,斜边AB上套另一小环P,P、Q的质量分别为m1、m2,中间用细线连接,所示.设环与框架都是光滑的,且细线的质量可忽略,当环在框架上平衡时,求细线与斜边的夹角β及细线中的张力.7.用轻质细线把两个未知质量的小球悬挂起来,如图所示,今对小球a持续施加一个向左偏下30度的恒力,并对小球b持续施加一个向右偏上30度的同样大的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的是图中的哪一幅?( )8.(2010福建惠安模拟)一光滑圆环固定在竖直平面内,环上套着两个小球A和B(中央有孔),A、B间由细绳连接着,它们处于如图所示位置时恰好都能保持静止状态。
-整体法-与-隔离法-在连接体平衡应用

浅谈”整体法”与”隔离法”在连接体平衡的应用(陕西省西安市临潼区雨金中学陕西西安 710605)[摘要]本文主要对整体法与隔离法在连接体平衡的应用进行探讨。
指出应用时注意三个问题:一、理解整体法和隔离法;二、应用策略;三、易错分析。
[关键词]整体法;隔离法;受力分析;外力;内力;平衡条件【中图分类号】g633.7一、理解”整体法”与”隔离法”1、整体法当只涉及系统外力而不涉及系统内部物体之间的内力时,则可以选整个系统为研究对象,而不必对系统内部物体一一隔离分析。
2、隔离法为了弄清系统内某个物体的受力情况,一般采用隔离法。
二、应用策略1、整体法①、明确研究的系统。
②、画出受力分析图。
③、根据平衡规律列方程求解。
2、隔离法①、明确研究对象且从某个状态隔离出来。
②、画出某状态下的受力分析图。
③、根据平衡规律列方程求解。
3、”整体法”与”隔离法”常常需交叉运用,一般先整体再隔离,从而优化解题思路和方法,使解题简洁明快。
三、易错分析1、正确区分内力和外力。
对整体进行受力分析时,内力不能在受力图中出现;当隔离某一物体分析时,原来的内力变成了外力,画在受力图上。
2、深刻理解各种性质的力的产生、方向及大小特点。
3、要注意题目中的变量与不变量。
4、注意区分连接体的平衡与连接体的各部分具有相同加速度的情况。
四、典题感知:例1、在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体a,a与竖直墙之间放一光滑圆球b,整个装置处于静止状态。
现对b加一竖直向下的力f,f的作用力通过球心,设墙对b的作用力为f1,b对a的作用力为f2,地面对a的作用力为f3,若f缓慢增大而整个装置仍保持静止,截面如图所示,在此过程中:a、f1保持不变,f3缓慢增大。
b、f1缓慢增大,f3保持不变。
c、f2缓慢增大,f3缓慢增大。
d、f2缓慢增大,f3保持不变。
解析:经分析是连接体平衡问题,对ab系统受力分析如图甲,由平衡条件知:f1=ff①f3=f+(ma+mb)g②由于f缓慢增大,由②方程可知:f3缓慢增大。
第21讲 整体法和隔离法在平衡中的应用(解析版)

第21讲整体法和隔离法在平衡中的应用如图所示,质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈上,现用大小均为F、方向相反的水平力分别推A和B,它们均静止不动,则(重力加速度取g)()A.A与B之间一定存在摩擦力B.B与地面之间可能存在摩擦力C.B对A的支持力可能小于mgD.地面对B的支持力为Mg【答案】C【解析】对A、B整体受力分析,如图所示,受到重力(M+m)g、支持力F N和已知的两个推力F,对于整体,由于两个推力刚好平衡,故整体与地面间没有摩擦力,且有F N=(M+m)g,故B、D错误;对A受力分析,A至少受重力mg、推力F、B对A的支持力F N′,当推力F沿斜面的分力大于重力沿斜面的分力时,摩擦力的方向沿斜面向下,当推力F沿斜面的分力小于重力沿斜面的分力时,摩擦力的方向沿斜面向上,当推力F沿斜面的分力等于重力沿斜面的分力时,摩擦力为零,A错误;在垂直斜面方向上,有F N′=mg cos θ+F sin θ(θ为斜劈倾角),故F N′可能小于mg,C正确。
一、整体法和隔离法在受力分析中的应用1.分析物体受力的方法(1)条件法:根据各性质力的产生条件进行判断.注意:①有质量的物体在地面附近一定受到重力的作用.②弹力的产生条件是相互接触且发生弹性形变.③摩擦力的产生条件是两物体相互接触、接触面粗糙、相互挤压、有相对运动或相对运动的趋势,以上几个条件缺一不可.(2)假设法:假设法是判断弹力和摩擦力有无的常用方法.(3)状态法:由物体所处的状态分析,若物体静止或做匀速直线运动,可根据平衡条件判断弹力、摩擦力存在与否.(4)相互作用法:若甲物体对乙物体有弹力或摩擦力的作用,则乙物体对甲物体一定有弹力或摩擦力的作用.2.整体法、隔离法的比较项目整体法隔离法概念将加速度相同的几个物体作为一个整体来分析的方法将研究对象与周围物体分隔开的方法选用原则研究系统外的物体对系统整体的作用力或系统整体的加速度研究系统内物体之间的相互作用力注意问题受力分析时不要再考虑系统内物体间的相互作用一般隔离受力较少的物体二、整体法和隔离法在平衡问题中的应用当系统处于平衡状态时,组成系统的每个物体都处于平衡状态,选取研究对象时要注意整体法和隔离法的结合.一般地,当求系统内部间的相互作用力时,用隔离法;求系统受到的外力时,用整体法,具体应用中,应将这两种方法结合起来灵活运用.例题1. 将重为4mg的均匀长方体物块切成相等的A、B两部分,切面与边面的夹角为45°,如图所示叠放并置于水平地面上,现用弹簧测力计竖直向上拉物块A的上端,弹簧测力计示数为mg,整个装置保持静止,则()A.地面与物块间可能存在静摩擦力B.物块对地面的压力大于3mgC.A对B的压力大小为mgD.A、B之间静摩擦力大小为22mg【答案】D【解析】对A、B整体受力分析,在水平方向上不受地面的摩擦力,否则不能平衡,在竖直方向上受力平衡,则有F N+F=4mg,解得F N=3mg,则物块对地面的压力等于3mg,故A、B 错误。
物体的平衡的整体法和隔离法

整体法和隔离法解决平衡问题:(1)整体法:把几个物体视为一个整体,只分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(外力),不考虑整体内部之间的相互作用力(内力。
(2)隔离法:对单个物体进行分析、研究。
使用原则:通常在分析外力对系统的作用时,用整体法,在分析系统内部物体间相互作用力时,用隔离法;有时候整体法和隔离法交替使用。
适用条件:两物体对地静止或作匀速直线运动,或两物体虽作加速运动但相对静止(即对地有共同的加速度)实战巩固练习:1 .如图所示,三个完全相同的物体叠放在水平面上,用大小相同、方向相反的两个水平力F分别拉物块A和B三物体均处于静止状态()A.A对B的摩擦力大小为F,方向向左B .水平面对C没有摩擦力作用C.B对A没有摩擦力作用D.C对B的摩擦力大小为F,方向向左2 .在粗糙水平面上有一个三角形木块a,在它的两个粗糙斜面上分别放着质量为mRD m2的两个木块b和c,如图所示,已知m1>m2,三木块均处于静止状态,则关于粗糙地面对三角形木块下列说法正确的是()A .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向右B .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向左C.有摩擦力作用,但摩擦力的方向不能确定D .没有摩擦力作用3 .如图,斜面放在光滑地板上并紧靠左边墙壁,两滑块叠放在一起沿斜面匀速下滑,则4 .如图所示,两只均匀光滑的相同小球,质量均为m ,置于静止的半径为R 的圆柱形容器, 已知小球的半径r(r<R),则以下说法正确的是:()5 .如图,质量为M 的楔形物块静置在水平地面上,其斜面的倾角为e .斜 面上有一质量为m 的小物块,小物块与斜面之间存在摩擦.用恒力F 沿斜 面向上拉小物块,使之匀速上滑.在小物块运动的过程中,楔形物块始终保持静止.地面对 楔形物块的支持力为:A.(M + m)gB.(M + m)g-FC.(M + m)g +Fsin0D.(M + m)g - Fsine 6 .如图,一物体静止在一倾角为e=30°的斜面上,斜面又静止在水平地面 上.若用竖直向上大小为5N 的力F 拉物体,物体仍然静止,则 A .物体受到的合外力减小5N B .斜面体受到的压力减小2.5NA .斜面受到墙壁的弹力.C .斜面受到M 滑块的压力. B .斜面受到滑块的摩擦力沿斜面向上D - M 受到N 的摩擦力沿斜面向上.①容器底部对球的弹力等于2mg②两球间的弹力大小可能大于、等于或小于mg ③容器两壁对球的弹力大小相等 ④容器壁对球的弹力可能大于、小于或等于2mgA .①②③B .①②④ C.①③④ D.②③④C .斜面受到的摩擦力减小2.5ND .地面受到的压力减小5N5N7 .如图所示,在一根水平的粗糙的直横梁上,套有两个质量均为m的铁环,两铁环系有等长的细绳,共同拴着质量为M的小球,两铁环与小球均保持静止。
整体法和隔离法

整体法和隔离法一.整体法和隔离法在平衡中的应用1. 整体法:整体法是指对物理问题中的整个系统或整个过程进行分析、研究的方法。
在力学中,就是把几个物体视为一个整体,作为研究对象,受力分析时,只分析这一整体对象之外的物体对整体的作用力(外力),不考虑整体内部之间的相互作用力(内力)。
整体法的思维特点:整体法是从局部到全局的思维过程,是系统论中的整体原理在物理中的应用。
整体法的优点:通过整体法分析物理问题,可以弄清系统的整体受力情况和全过程的受力情况,从整体上揭示事物的本质和变体规律,从而避开了中间环节的繁琐推算,能够灵活地解决问题。
通常在分析外力对系统的作用时,用整体法。
2. 隔离法:隔离法是指对物理问题中的单个物体或单个过程进行分析、研究的方法。
在力学中,就是把要分析的物体从相关的物体体系中隔离出来,作为研究对象,只分析该研究对象以外的物体对该对象的作用力,不考虑研究对象对其他物体的作用力。
隔离法的优点:容易看清单个物体的受力情况或单个过程的运动情形,问题处理起来比较方便、简单,便于初学者使用。
在分析系统内各物体(或一个物体的各个部分)间的相互作用时用隔离法。
3.实例分析例1. 如图1所示,质量为m=2kg的物体,置于质量为M=10kg的斜面体上,现用一平行于斜面的力F=20N推物体,使物体向上匀速运动,斜面体的倾角,始终保持静止,求地面对斜面体的摩擦力和支持力(取)解析:(1)隔离法:先对物体m受力分析,如图甲所示。
由平衡条件有甲垂直斜面方向:①平行斜面方向:②再对斜面体受力分析,如图乙所示,由平衡条件有乙水平方向:③竖直方向:④结合牛顿第三定律知⑤联立以上各式,可得地面对斜面体的摩擦力,方向水平向左;地面对斜面体的支持力,方向竖直向上。
(2)整体法:因本题没有要求求出物体和斜面体之间的相互作用力,而且两个物体均处于平衡状态(尽管一个匀速运动,一个静止),故可将物体和斜面体视为整体,作为一个研究对象来研究,其受力如图丙所示,由平衡条件有:丙水平方向:⑤竖直方向:⑥将题给数据代入,求得比较上面两种解法,整体法的优点是显而易见的。
微专题07 整体法与隔离法在平衡中的应用-2025版高中物理微专题

微专题07整体法与隔离法在平衡中的应用【核心要点提示】1.系统:几个相互作用的物体组成的整体2.内力与外力:系统内物体之间作用力为内力,外界对系统内任何一个物体的作用力即为外力。
【核心方法点拨】1.当分析相互作用的两个或两个以上物体整体的受力情况及分析外力对系统的作用时,宜用整体法;(注意整体法不分析内力)2.当分析系统内各物体(或一个物体各部分)间的相互作用时,宜用隔离法.【微专题训练】【经典例题选讲】【例题1】(2018·杭州七校联考)如图所示,甲、乙两个小球的质量均为m,两球间用细线连接,甲球用细线悬挂在天花板上。
现分别用大小相等的力F水平向左、向右拉两球,平衡时细线都被拉紧。
则平衡时两球的可能位置是下面的()解析:用整体法分析,把两个小球看作一个整体,此整体受到的外力为竖直向下的重力2mg、水平向左的力F(甲受到的)、水平向右的力F(乙受到的)和细线1的拉力,两水平力相互平衡,故细线1的拉力一定与重力2mg等大反向,即细线1一定竖直;再用隔离法,分析乙球受力的情况,乙球受到向下的重力mg,水平向右的拉力F,细线2的拉力F2。
要使得乙球受力平衡,细线2必须向右倾斜。
答案:A【变式1-1】(2016·河北省邯郸市高三教学质量检测)如图所示,用等长的两根轻质细线把两个质量相等的小球悬挂起来。
现对小球b施加一个水平向左的恒力F,同时对小球a施加一个水平向右的恒力3F,最后达到稳定状态,表示平衡状态的图可能是图中的()【解析】把两球连同之间的细线看成一个整体,对其受力分析,水平方向受向左的F和向右的3F ,故上面绳子一定向右偏,设上面绳子与竖直方向夹角为α,则T sin α=2F ,T cos α=2mg ,设下面绳子与竖直方向夹角为β,则T ′sin β=F ,T ′cos β=mg ,联立可得α=β,故选D 。
【答案】D【变式1-2】a 、b 两个带电小球的质量均为m ,所带电荷量分别为+q 和-q ,两球间用绝缘细线连接,a 球又用长度相同的绝缘细线悬挂在天花板上,在两球所在的空间有方向斜向下的匀强电场,电场强度为E ,平衡时细线都被拉紧,则平衡时可能位置是()【解析】首先取整体为研究对象,整体受到重力、电场力和上面绳子的拉力,由于两个电场力的矢量和为:0电()F qE qE =+-=,所以上边的绳子对小球的拉力与总重力平衡,位于竖直方向,所以上边的绳子应保持在绳子竖直位置,再对负电荷研究可知,负电荷受到的电场力斜向右上方,所以下面的绳子向左偏转,故A 正确,BCD 错误。
高中物理新教材同步 必修第一册第3章 专题强化 整体法和隔离法在受力分析及平衡中的应用

专题强化整体法和隔离法在受力分析及平衡中的应用[学习目标] 1.知道整体法和隔离法,能灵活运用整体法和隔离法处理问题。
2.能够用整体法和隔离法处理共点力作用下多个物体的平衡问题(重难点)。
一、整体法和隔离法在受力分析中的应用1.整体法就是把几个物体视为一个整体,受力分析时,只分析这一整体之外的物体对整体的作用力(外力),不考虑整体内部物体之间的相互作用力(内力)。
2.隔离法就是把要分析的物体从相关的物体系统中隔离出来,只分析该物体以外的物体对该物体的作用力,不考虑该物体对其他物体的作用力。
3.(1)当只涉及系统而不涉及系统内部某些物体的力和运动时,一般可采用整体法。
(2)为了弄清系统内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法。
(3)对于连接体问题,多数情况既要分析外力,又要分析内力,这时我们可以采取先整体(解决外力)后隔离(解决内力)的交叉运用方法,当然个别情况也可采用先隔离(由已知内力解决未知外力)再整体相反的运用顺序。
例1如图所示,直角三棱柱A放在水平地面上,光滑球B放在三棱柱和竖直墙壁之间,A 和B都处于静止状态。
(1)试分别画出A、B及A、B作为一个整体的受力示意图;(2)求A对地面的压力的大小与A、B重力大小之间的关系。
答案见解析解析(1)隔离A为研究对象,它受到重力G A、B对它的压力F BA、地面支持力和地面对它的摩擦力,如图甲所示。
隔离B为研究对象,它受到重力G B、三棱柱对它的支持力F AB、墙壁对它的弹力F N1,如图乙所示。
以A、B整体作为研究对象,整体受到重力G A+G B、墙壁对其弹力F N1、地面支持力和地面对其摩擦力,如图丙所示。
(2)以A、B整体为研究对象,F N=G A+G B由牛顿第三定律,A对地面的压力F N′等于F N,则F N′=G A+G B故A对地面的压力的大小等于A、B重力大小之和。
例2(2023·濮阳一高高一期中)如图所示,物块A、B处于静止状态,已知竖直墙壁粗糙,水平地面光滑,则物块A和B的受力个数分别为()A.3和3 B.3和4C.4和4 D.4和5答案 B解析由整体分析可知,A、B整体受到地面向上的支持力、重力,墙壁对A、B无弹力;分别隔离A、B分析:A受重力、B对A的支持力和B对A的摩擦力共3个力;B受重力、A对B的压力、A对B的摩擦力、地面对B的支持力共4个力,故B正确,A、C、D错误。
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高中物理整体法和隔离法在平衡问题中的应用
在处理静力学问题时,首先就是研究对象的选取。
选取研究对象的基本方法有两种:
一是整体法,即以两个或两个以上的物体组成的系统为研究对象进行分析。
它适用于处理不需要或不涉及整体内各物体间的相互作用的情况。
二是隔离法,即把研究对象从整体中隔离出来进行分析。
它适用于求解整体内物体间的相互作用的问题。
在有些较复杂的物理问题中整体法和隔离法往往要交替使用。
下面通过几个例子来介绍整体法和隔离法在解平衡问题中的应用。
例1、如图1所示,质量为m=2kg的物体,置于质量为M=10kg的斜面体上,现用一平行于斜面的力F=20N推物体,使物体向上匀速运动,斜面体的倾角α
=37°,始终保持静止,求地面对斜面体的摩擦力和支持力(取)。
图1
分析:整体法有它的优点,但并非所有情况都可以用整体法,当求解物体和斜面之间的相互作用力时,就应选用隔离法(隔离物体或者隔离斜面体),因为整体法不能求出物体之间的相互作用力。
解析:(1)隔离法:先对物体m受力分析,如图2所示。
由平衡条件有
图2
垂直斜面方向:(1)
平行斜面方向:(2)
再对斜面体受力分析,如图3所示,由平衡条件有
图3
水平方向:(3)
竖直方向:(4)
结合牛顿第三定律知
(5)
联立以上各式,可得地面对斜面体的摩擦力
,方向水平向左;
地面对斜面体的支持力,方向竖直向上。
(2)整体法:因本题没有要求求出物体和斜面体之间的相互作用力,而且两个物体均处于平衡状态(尽管一个匀速运动,一个静止),故可将物体和斜面体视为整体,作为一个研究对象来研究,其受力如图4所示,由平衡条件有
图4
水平方向:(1)
竖直方向:(2)
将题给数据代入,求得
例2、如图5所示,在两块相同的竖直木板之间,有质量均为m的四块完全相同的砖,用两个同样大小的水平力压木板,使四块砖均静止不动。
求:(1)木板对第1块砖和第4块砖的摩擦力各多大?
(2)第2块砖和第3块砖之间的摩擦力?
(3)第3块砖和第4块砖之间的摩擦力?
图5
分析:同一个情景,求解的力不同,研究对象的选取可以不同,但要注意使求解的力作为外力来出现。
解析:(1)将4块砖看作整体作为研究对象,对整体进行受力分析,如图6所示,竖直方向由平衡条件可得,得到木板对第1块砖和第4块砖的摩擦力均为。
图6
(2)第1块和第2块砖看作整体隔离后进行受力分析,如图7所示,竖直方向,木板对第1块砖的摩擦力为,由平衡条件可知此二力已经达到平衡,故第3块砖对第2块砖的摩擦力为零。
图7
(3)将第4块砖单独从系统中隔离出来进行受力分析,竖直方向,由平衡条件可得,得第3块砖对第4块砖的摩擦力为,方向竖直向下。
变形:若4块砖只是右边受到水平力作用紧压在墙上静止,则各接触面间的摩擦力有何变化?
答案:从左至右,各接触面间的摩擦力大小依次为:4mg、3mg、2mg、mg。
例3、如图8所示,人重600N,木板重400N,人与木板、木板与地面间动摩擦因数都为0.2,现在人用水平力拉绳,使他与木板一起向右匀速运动,求人的脚对木板的摩擦力。
图8
解析:先整体法,取人和木板整体为研究对象,受到重力()、地面对整体的支持力、两股绳的拉力,地面对整体的滑动摩擦力,受力分析
如图9,由平衡条件得
图9
代入数据得,。
再用隔离法,将人作为研究对象,受到重力、木板对人支持力、绳对人的拉力,木板对人脚的摩擦力,如图10,由平衡条件得,,根据牛顿第三定律可知,人脚对木板的摩擦力大小为100N,方向水平向右。
图10
例4、在粗糙的水平面上有一个三角形木块abc,在它的两个粗糙斜面上分别放两个质量为和的物块且,如图11所示。
已知三角形木块和物体都是静止的。
则粗糙水平面对三角形木块有无摩擦力?
图11
解析:将三角形木块和它上面的两木块作为一个整体,由于在水平面上没有其他外力作用,所以,如果假设粗糙水平面对三角形有摩擦力,则不管摩擦力向左向右,整体都不能处于静止状态。
这显然与题给条件相矛盾,这说明假设是不成立的,即粗糙水平面对三角形木块无摩擦力。
例5、如图12所示,重为G的均匀链条两端用等长的轻绳悬挂在天花板上,绳与水平方向成30°角。
试求:
(1)绳子的拉力;
(2)链条最低点处的张力。
图12
解析:(1)用整体法对链条受力分析,受力分析如图13所示。
链条受三个非平行力作用而平衡,则这三个力必交于同一点,由平衡条件可得:绳子的张力T=G。
图13
(2)用隔离法:把链条从最低点一分两半,对左半边作受力分析如图14所示,T1为右半边链条施于左半边的力,由对称性可知T1水平,根据平衡条件:
,则最低点的张力。
图14
例6、如图15所示,A、B是质量均为m的两条形磁铁,C为木块,水平放置。
静止时,B对A的弹力为,C对B的弹力为,则()
A.
B.
C.
D.
图15
解析:把A和B为整体进行受力分析,这个整体只受重力2mg和C对它的支持力的作用,故。
为了分析B对A的弹力,可把A隔离分析,A除受重
力mg和B对A的支持力外,还受到B对A的向下的磁场力F3作用。
由平衡条件可得:,故答案B正确。
从以上几个例子可以看出,用整体法解题时,由于相关物体之间的相互作用力成为内力,可不考虑。
在不涉及系统内力时,应优先考虑选择整体为研究对象。
在求物体间的相互作用时应采用隔离法。
大部分的情况下,要两种方法交替使用。