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1、整 體 法 和 隔 離 法 的 綜 合 應(yīng) 用1.涉及隔離法與整體法的具體問題類型(1)涉及滑輪的問題。若要求繩的拉力,一般都必須采用隔離法。本例中,繩跨過定滑輪,連接的兩物體雖然加速度大小相同但方向不同,故采用隔離法。(2)水平面上的連接體問題。這類問題一般多是連接體(系統(tǒng))各物體保持相對(duì)靜止,即具有相同的加速度。解題時(shí), 一般采用先整體、后隔離的方法。建立坐標(biāo)系時(shí)也要考慮矢量正交分解越少越好的原則,或者正交分解力,或者正交分解加速度。(3)斜面體與上面物體組成的連接體的問題。當(dāng)物體具有沿斜面方向的加速度,而斜面體相對(duì)于地面靜止時(shí),解題時(shí)一般采用隔離法分析。2.解決這類問題的關(guān)鍵正確地選取研
2、究對(duì)象是解題的首要環(huán)節(jié),弄清各個(gè)物體之間哪些屬于連接體,哪些物體應(yīng)該單獨(dú)分析,分別確定出它們的加速度,然后根據(jù)牛頓運(yùn)動(dòng)定律列方程求解。選擇研究對(duì)象是解決物理問題的首要環(huán)節(jié)。若一個(gè)系統(tǒng)中涉及兩個(gè)或者兩個(gè)以上物體的平衡問題,在選取研究對(duì)象時(shí),要靈活運(yùn)用整體法和隔離法。對(duì)于多物體問題,如果不求物體間的相互作用力,我們優(yōu)先采用整體法,這樣涉及的研究對(duì)象少,未知量少,方程少,求解簡(jiǎn) 便;很多情況下,通常采用整體法和隔離法相結(jié)合的方法。一,平衡問題典例1如圖2-9所示,放置在水平地面上的質(zhì)量為M的直角劈上有一個(gè)質(zhì)量為 m的物體,若物體在直角劈上勻速下滑,直角劈仍保持靜止,那么下列說(shuō)法正確的是()圖29A.
3、直角劈對(duì)地面的壓力等于 (M + m)gB.直角劈對(duì)地面的壓力大于 (M+m)gC.地面對(duì)直角劈沒有摩擦力D.地面對(duì)直角劈有向左的摩擦力解析方法一:隔離法先隔離物體,物體受重力 mg、斜面對(duì)它的支持力 Fn、沿斜面向上的摩擦力 Ff,因物體沿斜面勻速下滑,所以支持力 Fn和沿斜面向上的摩擦力 Ff可根據(jù)平衡條件求出。再隔離直角劈,直角劈受豎直向下的重力 Mg、地面對(duì)它豎直向上的支持力 Fn地,由牛頓第三定律得,物體對(duì)直角劈有垂直斜面向下的壓力Fn'和沿斜面向下的摩擦力 Ff',直角劈相對(duì)地面有沒有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),關(guān)鍵看 Ff'和Fn'在水平方向上的分量是否相等,若二者
4、相等,則直角劈 相對(duì)地面無(wú)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),若二者不相等,則直角劈相對(duì)地面有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì),而摩擦力方向應(yīng)根據(jù)具體的相對(duì)運(yùn)動(dòng)趨勢(shì)的方向確定。對(duì)物體進(jìn)行受力分析, 建立坐標(biāo)系如圖210甲所示,因物體沿斜面勻速下滑,由平衡條件得:支持力 Fn= mgcos仇摩才察力Ff = mgsin &圖 210對(duì)直角劈進(jìn)行受力分析,建立坐標(biāo)系如圖乙所示,由牛頓第三定律得Fn = Fn' , Ff=Ff',在水平方向上,壓力 Fn'的水平分量Fn' sin 0= mgcos Osin 2摩才力F/的水平分 量Ff' cos 0= mgsin Qcos Q可見Ff' co
5、s 0= Fn' sin。,所以直角劈相對(duì)地面沒有運(yùn)動(dòng)趨勢(shì), 所以地面對(duì)直角劈沒有摩擦力。在豎直方向上,直角劈受力平衡,由平衡條件得:FN地=Ff' sin。+ Fn' cos 0+ Mg =mg+ Mg。方法二:整體法直角劈對(duì)地面的壓力和地面對(duì)直角劈的支持力是一對(duì)作用力和反作用力,大小相等、方向相反。而地面對(duì)直角劈的支持力、地面對(duì)直角劈的摩擦力是直角劈和物體整體的外力,所以要討論這兩個(gè)問題,可以以整體為研究對(duì)象。整體在豎直方向上受到重力和支持力,因物體在斜面上勻速下滑、直角劈靜止不動(dòng),即整體處于平衡狀態(tài),所以豎直方向上地面對(duì)直角 劈的支持力等于物體和直角劈整體的重力。
6、水平方向上地面若對(duì)直角劈有摩擦力,無(wú)論摩擦力的方向向左還是向右,水平方向上整體都不能處于平衡狀態(tài),所以整體在水平方向上不受摩擦力,整體受力如圖丙所示。答案AC(2012湖北調(diào)考)如圖2所示,100個(gè)大小相同、質(zhì)量均為m且光滑的小球,靜止放置于 L形光滑木板上。木板斜面 AB與水平面的夾角為 30 o則第2個(gè)小球?qū)Φ?個(gè)小球的作用 力大小為()圖2mgA.qB. 48mgC. 49mgD . 98mg解析:選C 以第3個(gè)到第100個(gè)這98個(gè)小球整體為研究對(duì)象,受到三個(gè)力的作用,即重力、斜面 AB的支持力和第2個(gè)小球?qū)Φ?個(gè)小球的作用力,由于整體處于平衡狀態(tài), 沿斜面AB方向的受力應(yīng)平衡,所以有F
7、23 = 98mgsin 30 = 49mg,所以選項(xiàng) C正確。二,非平衡問題例2 (2012江蘇高考)如圖3- 3-5所示,一夾子夾住木塊,在力F作用下向上提升。 夾子和木塊的質(zhì)量分別為 m、M,夾子與木塊兩側(cè)間的最大靜摩擦力均為 f。若木塊不滑動(dòng), 力F的最大值是(A )圖 3352f m+ M :A M2f m+ m :B. m2fm m ;C. M-(m+M)g2f m+ M :D. m +(m+M)g例2如圖2 12, m和M保持相對(duì)靜止,一起沿傾角為0的光滑斜面下滑,則 M和m 間的摩擦力大小是多少?(f=mgsin 0 cos 0方向沿水平方向 m受向左的摩擦力, M受向右的摩擦
8、力。)【分析解答】因?yàn)?m和M保持相對(duì)靜止,所以可以將(M)整體視為研究對(duì)象。受力,如 圖214,受重力(M十成g、支持力N'如圖建立坐標(biāo),根據(jù)牛頓第二定律列方程 x: (M+n)gsin 0 =(M+m)a?解得 a=gsin 0沿斜面向下。因?yàn)橐?m和M間的相互作用力,再以 m為研究對(duì)象,受力如圖 215。根據(jù)牛頓第二定律列方程因?yàn)閙, M的加速度是沿斜面方向。需將其分解為水平方向和豎直方向如圖216。由式,解得【評(píng)析】?此題可以視為連接件問題。連接件問題對(duì)在解題過程中選取研究對(duì)象很重要。有時(shí)以整體為研究對(duì)象,有時(shí)以單個(gè)物體為研究對(duì)象。整體作為研究對(duì)象可以將不知道的相互 作用力去
9、掉,單個(gè)物體作研究對(duì)象主要解決相互作用力。單個(gè)物體的選取應(yīng)以它接觸的物體最少為最好。如 m只和M接觸,而M和m還和斜面接觸。另外需指出的是,在應(yīng)用牛頓第二定律解題時(shí),有時(shí)需要分解力,有時(shí)需要分解加速度,具體情況分析,不要形成只分解力的認(rèn)識(shí)。1一斜劈,在力F推動(dòng)下在光滑的水平面上向左做勻加速直線運(yùn)動(dòng),且斜劈上有一木塊與斜面保持相對(duì)靜止,如圖3 32所示,已知斜劈的質(zhì)量為 M,木塊的質(zhì)量為 m,求斜面對(duì)木塊作用力的大小。圖 3322.如圖33 3所示,在光滑水平面上有甲、乙兩木塊,質(zhì)量分別為mi和m2,中間用一原長(zhǎng)為L(zhǎng)、勁度系數(shù)為k的輕質(zhì)彈簧連接起來(lái),現(xiàn)用一水平力 F向左推木塊乙,當(dāng)兩木 塊一起勻
10、加速運(yùn)動(dòng)時(shí),兩木塊之間的距離是 (B )圖 333Fm2A . L +,mi+ m2 kB. Fmi LFmiC. L 一 m2kD.Fm2L +贏.如圖5所示,在光滑水平地面上,水平外力F拉動(dòng)小車和木塊一起做無(wú)相對(duì)滑動(dòng)的加和i + m2 K速運(yùn)動(dòng)。小車質(zhì)量為 M ,木塊質(zhì)量為m,加速度大小為a,木塊和小車之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為的則在這個(gè)過程中,木塊受到的摩擦力大小是(BD )mFB-M + mC. p(M + m)gD. ma(20i2豫南九校聯(lián)考)如圖7所示,質(zhì)量為 M的劈體ABDC放在水平地面上,表面 AB、 AC均光滑,且AB / CD, BDXCD, AC與水平面成角 &質(zhì)量為m
11、的物體(上表面為半球形) 以水平速度Vo沖上BA后沿AC面下滑,在整個(gè)運(yùn)動(dòng)的過程中,劈體M始終不動(dòng),P為固定的弧形光滑擋板,擋板與軌道間的寬度略大于半球形物體m的半徑,不計(jì)轉(zhuǎn)彎處的能量損失,則下列說(shuō)法中正確的是 (D )圖7A .水平地面對(duì)劈體 M的摩擦力始終為零B.水平地面對(duì)劈體 M的摩擦力先為零后向右C.劈體M對(duì)水平地面的壓力大小始終為 (M + m)gD.劈體M對(duì)水平地面的壓力大小先等于 (M + m)g,后小于(M+m)g.如圖5所示,一個(gè)人坐在小車的水平臺(tái)面上,用水平力拉繞過定滑輪的細(xì)繩,使人和 車以相同的加速度向右運(yùn)動(dòng)。水平地面光滑,則 (BC )圖5A.若人的質(zhì)量大于車的質(zhì)量,車
12、對(duì)人的摩擦力為0B.若人的質(zhì)量小于車的質(zhì)量,車對(duì)人的摩擦力方向向左C.若人的質(zhì)量等于車的質(zhì)量,車對(duì)人的摩擦力為0D.不管人、車質(zhì)量關(guān)系如何,車對(duì)人的摩擦力都為0(20i3江西聯(lián)考)如圖6所示,動(dòng)物園的水平地面上放著一只質(zhì)量為M的籠子,籠內(nèi)有一只質(zhì)量為m的猴子,當(dāng)猴子以某一加速度沿豎直柱子加速向上爬時(shí),籠子對(duì)地面的壓力F2。關(guān)于為Fi;當(dāng)猴子以同樣大小的加速度沿豎直柱子加速下滑時(shí),籠子對(duì)地面的壓力為Fi和F2的大小,下列判斷中正確的是(BC )圖6A. Fi= F2B. Fi>(M + m)g, F2<(M + m)gC. Fi+F2=2(M + m)gD. Fi F2=2(M +
13、m)g.(2012福州模擬)如圖9所示,質(zhì)量為m1和m2的兩個(gè)物體用細(xì)線相連,在大小恒定的拉力F作用下,先沿光滑水平面,再沿粗糙的水平面運(yùn)動(dòng),則在這兩個(gè)階段的運(yùn)動(dòng)中,細(xì) 線上張力的大小情況是(C )圖9A.由大變小B .由小變大C.始終不變D .由大變小再變大10.質(zhì)量為M的光滑圓槽放在光滑水平面上,一水平恒力F作用在其上促使質(zhì)量為 m的小球靜止在圓槽上,如圖10所示,則(C )圖10A.小球?qū)A槽的壓力為MFm+ MB.小球?qū)A槽的壓力為mFm + MC.水平恒力F變大后,如果小球仍靜止在圓槽上,小球?qū)A槽的壓力增加D.水平恒力F變大后,如果小球仍靜止在圓槽上,小球?qū)A槽的壓力減小(2013
14、長(zhǎng)沙卞II擬)如圖5所示,光滑水平面上放置質(zhì)量分別為m、2m和3m的三個(gè)木塊,其中質(zhì)量為2m和3m的木塊間用一不可伸長(zhǎng)的輕繩相連,輕繩能承受的最大拉力為FT。現(xiàn)用水平拉力F拉質(zhì)量為3m的木塊,使三個(gè)木塊以同一加速度運(yùn)動(dòng),則以下說(shuō)法正確的是A.質(zhì)量為2m的木塊受到四個(gè)力的作用B,當(dāng)F逐漸增大到Ft時(shí),輕繩剛好被拉斷C.當(dāng)F逐漸增大到1.5 Ft時(shí),輕繩還不會(huì)被拉斷D.輕繩剛要被拉斷時(shí),質(zhì)量為m和2m的木塊間的摩擦力為2Ft312 .如圖11所示,固定在水平面上的斜面傾角0= 37°,長(zhǎng)方體木塊 A的MN面上釘著一顆小釘子,質(zhì)量 m= 1.5 kg的小球B通過一細(xì)線與小釘子相連接,細(xì)線與
15、斜面垂直,木塊 與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)尸0.50?,F(xiàn)將木塊由靜止釋放,木塊將沿斜面下滑。圖11求在木塊下滑的過程中小球?qū)δ緣KMN面的壓力。(取g= 10 m/s2, sin 37 =0.6, cos 37= 0.8)答案:6.0 N,方向沿斜面向下13 如圖6所示,質(zhì)量為80 kg的物體放在安裝在小車上的水平磅秤上,小車在平行于斜 面的拉力F作用下沿斜面無(wú)摩擦地向上運(yùn)動(dòng),現(xiàn)觀察到物體在磅秤上讀數(shù)為1 000 No已知斜面傾角0= 30°,小車與磅秤的總質(zhì)量為20 kg。(g=10 m/s2)圖6(1)拉力F為多少?(2)物體對(duì)磅秤的靜摩擦力為多少?解析:(1)選物體為研究對(duì)象,受力分析如圖甲所示。甲將加速度a沿水平和豎直方向分解,則有:FN1 mg = masin 0解得 a= 5 m/s2取小車、物體、磅秤這個(gè)整體為研究對(duì)象,受力分析如圖乙所示。乙F(M + m)gsin 0= (M+m)a所以 F = (M+m)gsin。+ (M + m)a= 1 000 N(2)對(duì)物體有 Ff >=macos 0= 20043 N根據(jù)牛頓第三定律得,物體對(duì)磅秤的靜摩擦力大小為2005 N,方向水平向左。答案:(1)1 000 N (2)2003 N 方向水平向左16. (14分)靜止在水平
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