高中物理整体法和隔离法
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整体法和隔离法
一、整体法
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,不考虑整体内部物体之间的相互作用力。
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。运用整体法解题的基本步骤是:
(1)明确研究的系统或运动的全过程;
(2)画出系统或整体的受力图或运动全过程的示意图;
(3)选用适当的物理规律列方程求解。
二、隔离法
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隔离法就是把要分析的物体从相关的物体系中假想地隔离出来,只分析该物体以外的物体对该物体的作用力,不考虑该物体对其它物体的作用力。
为了弄清系统(连接体)内某个物体的受力和运动情况,一般可采用隔离法。运用隔离法解题的基本步骤是;
(1)明确研究对象或过程、状态;
(2)将某个研究对象或某段运动过程、或某个状态从全过程中隔离出来;
(3)画出某状态下的受力图或运动过程示意图;
(4)选用适当的物理规律列方程求解。
三、应用整体法和隔离法解题的方法
1、合理选择研究对象。这是解答平衡问题成败的关键。
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研究对象的选取关系到能否得到解答或能否顺利得到解答,当选取所求力的物体,不能做出解答时,应选取与它相互作用的物体为对象,即转移对象,或把它与周围的物体当做一整体来考虑,即部分的看一看,整体的看一看。
但整体法和隔离法是相对的,二者在一定条件下可相互转化,在解决问题时决不能把这两种方法对立起来,而应该灵活把两种方法结合起来使用。为使解答简便,选取对象时,一般先整体考虑,尤其在分析外力对系统的作用(不涉及物体间相互作用的内力)时。但是,在分析系统内各物体(各部分)间相互作用力时(即系统内力),必须用隔离法。
2、如需隔离,原则上选择受力情况少,且又能求解未知量的物体分析,这一思想在以后牛顿定律中会大量体现,要注意熟练掌握。
3、有时解答一题目时需多次选取研究对象,
整体法和隔离法交叉运用,从而优化解题思路和解
题过程,使解题简捷明了。
所以,注意灵活、交替地使用整体法和隔离法,
不仅可以使分析和解答问题的思路与步骤变得极
为简捷,而且对于培养宏观的统摄力和微观的洞察
力也具有重要意义。
【例1】如图1-7-7所示,F1=F2=1N,分别作
用于A、B两个重叠物体上,且A、B均保持静止,
则A与B之间、B与地面之间的摩擦力分别为()A.1N,零B.2N,零
|
C.1N,1N D.2N,1N
【例2】用轻质细线把两个质量未知小球悬挂
起来,如图1-7-3所示,今对小球a持续施加一个
向左偏下30o的恒力,并对小球b持续施加一个向
右偏上30o的同样大的恒力,最后达到平衡,则表
示平衡状态的图可能是()
【例3】四个相同的、质量均为m的木块用两
块同样的木板A、B夹住,使系统静止(如图1-7-4
所示),木块间接触面均在竖直平面内,求它们之
间的摩擦力。
补:若木块的数目为奇数呢
#
【例4】如图1-7-1所示,将质量为m1和m2
的物体分别置于质量为M的物体两侧,三物体均处
于静止状态。已知m1>m2,α<?,下述说法正确
的是()
A.m1对M的正压力大于m2对M的正压力
图1-7-7
D
}C
B
图1-7-3
/
A
m
α?
图1-7-1
m
M
B.m1对M 的摩擦力大于m 2对M的摩擦力
C.水平地面对M的支持力一定等于(M+m1+m2)g
D.水平地面对M的摩擦力一定等于零
\
补充:若m1、m2在M上匀速下滑,其余条件不变。
【例5】如图1-7-2,不计摩擦,
滑轮重可忽略,人重600N,平板重
400N,如果人要拉住木板,他必须
用力N。
补:人对平板的压力为
N,若要维持系统平衡,人的重
力不得小于N。
6.有一个直角支架AOB,
AO水平放置,表面粗糙,OB
竖直向下,表面光滑,AO上
套有小环P,OB上套有小环
Q,两环质量均为m,两环间
由一根质量可忽略、不可伸展
的细绳相连,并在某一位置平衡(如图18),现将P环向左移一小段距离,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比较,AO 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变大D.N变大,T变小
例7、如图7-1所示,两个完全相同重为G的球,两球与水平面间的动摩擦因数都是μ,一根轻绳两端固结在两个球上,在绳的中点施一个竖直向上的拉力,当绳被拉直后,两段绳间的夹角为θ。问当F至少多大时,两球将发生滑动提示:结合整体法和隔离法列平衡方程可很快求解
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例8、如图7-3所示,光滑的金属球B放在纵截面为等腰三角形的物体A与竖直墙壁之间,恰好匀速下滑,已知物体A的重力是B的重力的6倍,不计球跟斜面和墙壁之间摩擦,问:物体A与水平面之间的动摩擦因数μ是多少
提示:结合整体法(AB)和隔离法(B)列平衡方程求解。
9、如图⒁所示,一根长
绳的两端系在A、D两点,绳
上B、C两点各悬挂G=10N的
重物,AB、CD绳和铅垂线夹
角α、β分别为30°、60°,
则三段中张力大小T AB=_____,T BC=_______,T CD=_______;BC段绳与铅垂线的夹角θ=__________。
(
10、如图(1)所示,光滑的两个球,直径均为d,置于直径为D的圆桶内,且d A、F1增大,F2不变,F3增大 B、F1减小,F2不变,F3减小 C、F1减小,F2减小,F3增大 D、F1增大,F2减小,F3减小。 11、如图(2)所示,在光滑的水平面上,质量分别为M、m的两木块接触面与水平面的夹角为θ,用大小均为F的水平力第一次向右推A,第二次向左推B,两次推动均使A、B一起在水平面上滑动,设先后两次推动中,A、B间的作用力大小为N1与N2。则有 () A、N1∶N2=m∶M B、N1∶N2=mcosθ∶Msinθ ) C、N1∶N2= M∶m D、N1∶N2=M cosθ∶m sinθ 牛顿运动定律应用专题: 整体法和隔离法解决连接体问题 图1-7-2图18 要点一整体法 《 1.光滑水平面上,放一倾角为θ的光滑斜木块,质量为m的光滑物体放在斜面 上,如图所示,现对斜面施加 力F. (1)若使M静止不动,F应为多大 (2)若使M与m保持相对静止,F应为多大 】 要点二隔离法 2.如图所示,质量为M的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球,开始时小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿 杆下滑的加速度为重力加速度 的1/2,即a=g/2,则小球在下滑的 过程中,木箱对地面的压力为多 少 题型1 隔离法的应用 【例1】如图所示,薄平板A长 L=5 m,质量M=5 kg,放在水平桌 面上,板右端与桌边缘相齐.在A 上距其右端s=3 m处放一个质量 m=2 kg的小物体B,已知A与B之间的动摩擦因数μ1 =,A、B两物体与桌面间的动摩擦因数μ2=,最初系统静止.现在对板A向右施加一水平恒力F,将A从B 下抽出(设B不会翻转),且恰使B停在桌面边缘,试求F的大小(取g=10 m/s2). ~ 题型2 整体法与隔离法交替应用 【例2】如图所示,质量m=1 kg 的物块放在倾斜角θ=37°的 斜面上,斜面体的质量M=2 kg, 斜面与物体间的动摩擦因数 μ=,地面光滑.现对斜面体施加一水平推力F,要使物体m相对斜面静止,F应为多大(设物体与斜面的最大静摩擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2) * 题型3 临界问题 【例3】如图所示,有一块木板 静止在光滑足够长的水平面上, 木板的质量为M=4 kg,长度为 L=1 m;木板的右端停放着一个小滑块,小滑块的质量为m=1 kg,其尺寸远远小于木板长度,它与木板间的动摩擦因数为μ=,已知最大静摩擦力等于滑动摩擦力.求: (1)为使木板能从滑块下抽出来,作用在木板右端的水平恒力F的大小应满足的条件. (2)若其他条件不变,在F=28 N的水平恒力持续作用下,需多长时间能将木板从滑块下抽出. $ 1.如图所示,滑轮的质量不计,已知三个物体的质量关系是m1=m2+m3,这时弹簧秤的读数为T.若把物体m2从右边移到左边的物体m1上,弹 簧秤的读数T将() A.增大 B.减小 C.不变 D.无法确定 2.如图所示,斜面体ABC置于粗 糙的水平地面上,小木块m在斜 面上静止或滑动时,斜面体均保 持静止不动.下列哪种情况,斜面体受到地面向右的静摩擦力() A.小木块m静止在BC斜面上 ! B.小木块m沿BC斜面加速下滑 C.小木块m沿BA斜面减速下滑 D.小木块m沿AB斜面减速上滑 3.如图所示,在平静的水面上,有一长l=12 m的木船,木船右端固定一直立桅杆,木船和桅杆的总质量为m1=200 kg,质量为m2=50 kg的人立于木船左端,开始 时木船与人均静止.若人匀加速向右奔跑至船的右端并立即抱住桅杆,经历的时间是2 s,船运动中受到水的阻力是船(包括人)总重的倍,g取10 m/s2.求此过程中船的位移大小. \ 4.如图所示,在长为L的均匀杆的顶 部A处,紧密套有一小环,它们一起从 某高处做自由落体运动,杆的B端着 地后,杆立即停止运动并保持竖直状 态,最终小环恰能滑到杆的中间位置. 若环在杆上滑动时与杆间的摩擦力大小为环重力的倍,求从杆开始下落到环滑至杆的中间位置的全过程所用的时间. 练习 一、选择题 1.如图所示,一足够长的木板静止在光滑水平面上,一物块静皮肤止在木板上,木板和物块间有摩擦.现用水平力向右拉木板,当物块相对木板滑动了一段距离但仍有相对运动时,撤掉拉力,此后木板和物块相对于水平面的运动情况为() A.物块先向左运动,再向右运动 B.物块向右运动,速度逐渐增大,直到做匀速运动 】 C.木板向右运动,速度逐渐变小,直到做匀速运动 D.木板和物块的速度都逐渐变小,直到为零 2.如图所示,在倾角 为θ的光滑斜面上有两个用 劲度系数为k的轻质弹簧相 连的物块A、B,质量均为m, 开始时两物块均处于静止状 态.现下压A再静止释放使A 开始运动,当物块B刚要离开挡板时,A的加速度的大小和方向为() A.0 B.2g sinθ,方向沿斜面向下 C.2g sinθ,方向沿斜面向上 D.g sinθ,方向沿斜面向下 ` 3.如图所示是一种升降 电梯的示意图,A为载人箱, B为平衡重物,它们的质量 均为M,上下均由跨过滑轮 的钢索系住,在电动机的牵 引下使电梯上下运动.如果 电梯中人的总质量为m,匀 速上升的速度为v,电梯即 将到顶层前关闭电动机,依靠惯性上升h高度后停止,在不计空气和摩擦阻力的情况下,h为() 4.如图所示,小物块A质量为M=10kg,B 质量为m=、B用一轻绳连接跨过无阻力的定滑轮且处于静止状态.A与平台间动摩擦因数μ=(与最大静摩擦因数相等).现用竖直向上的力F拉A,且F由零线性增大至100N的过程中,B的下降高度恰为h=2m,(A未与滑轮相碰)则上述过程中的最大速度为(g=10m/s2).() A.1m/s B.2m/s C.3m/s D.0 《 5.如图所示,某斜面体由两种材料拼接而成,BC界面平行于底面DE,两侧面与水平面夹角分别为30°和60°.已知一物体从A点静止下滑,加速至B 点,匀速至D 点.若该物块静止 从A点沿另一侧 面下滑,则有 () A.一直加速 运动到E,但AC 段的加速度比CE段小 B.AB段的运动时间大于AC段的运动时间 C.将加速至C点,匀速至E点 D.通过C点的速率等于通过B点的速率 6.一条不可伸长的轻绳跨 过质量可忽略不计的定滑轮,绳 的一端系一质量m=15kg的重 物.重物静止于地面上,有一质 量m1=10kg的猴子,从绳的另 一端沿绳向上爬,如图所示,不 计滑轮摩擦,在重物不离开地面 的条件下,猴子向上爬的最大加 速度为(g取10m/s2) () A.25m/s2B.5m/s2 C.10m/s2D.15m/s2 ; 7.如图(a)所示,水平面 上质量相等的两木块A、B用 一轻弹簧相连接,整个系统处 于平衡状态.现用一竖直向上 的力F拉动木块A ,使木块A 向上做匀加速直线运动,如图(b)所示.研究从力F 刚作用在木块A的瞬间到木块B刚离开地面的瞬间 这个过程,并且选定这个过程中木块A的起始位置 为坐标原点,则下图所示的图象中可以表示力F和 木块A的位移x之间关系的是() 8.如图所示的弹簧秤质量为m, 挂钩下面悬挂一个质量为m0的重物, 现用一方向竖直向上的外力F拉着弹 簧秤,使其向上做匀加速直线运动, 则弹簧秤的示数与拉力F之比为() A.m0:m B.m:m0 C.m0:(m+m0) D.m:(m-m0) 9.如图所示,一根轻质弹簧上端固定,下端 挂一质量为m0的秤盘,盘中有物体质量为m,当 盘静止时,弹簧伸长为l,现向下拉盘使弹簧再伸 长Δl后停止,然后松开手,设弹簧总处在弹性限度 内,则刚松开手时盘对物体的支持 力等于() — A.(1+ Δl l)(m+m0)g B.(1+ Δl l)mg mg (m+m0)g 10.如图所示,光滑水平面上放置质量分别为 m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间 用一不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力 是μmg.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木 块,使四个木块以同一加速度运动,则轻绳对m的 最大拉力为() D.3μmg — 二、论述、计算题 11.如图所示,把长方体分割成A、B两斜面 体,质量分别为m A和m B,切面与水平桌面成θ 角.两斜面体切面光滑,桌面也光滑.求水平推力 在什么范围内,A不会相对B滑动 12.如图所示,在光滑的桌面上叠放着一质量 为m A=的薄木板A和质量为m B=3kg的金属块的 长度L=上有轻线绕过定滑轮与质量为m C=的物块 C相连.B与A之间的动摩擦因数μ=,最大静摩 擦力可视为等于滑动摩擦力.忽略滑轮质量及与轴 间的摩擦.起始时令各物体都处于静止状态,绳被 拉直,B位于A的左端(如图),然后放手,求经过 多长时间B从A的右端脱离(设A的右端距离滑轮 足够远,取g=10m/s2). 13.一个质量为的小球用细线吊在倾角θ=53° 的斜面顶端,如图所示,斜面静止时,球紧靠在斜 面上,绳与斜面平行,不计摩擦,当斜面以10m/s2 的加速度向右做加速运动时,求绳的拉力及斜面对 小球的弹力.(g取10m/s2)