2019_2020学年新教材高中物理科学思维系列——圆周运动中的连接体问题、临界问题新人教版必修第二册

“一课一研精准教学”记录表年 级 学 科 物理 分包领导 备课时间 备课地点 物理备课组 主备人 备课主题 圆周运动中的连接体问题 一、精准讲解：圆周运动中的连接体问题，是指两个或两个以上的物体通过一定的约束绕同一转轴做圆周运动的问题。

这种问题的一般解题思路是：分别隔离物体，准确地进行受力分析，正确画出受力示意图，确定轨道平面和半径，注意约束关系。

在连接体的圆周运动问题中，角速度相同是一种常见的约束关系。

常见实例如下： 情景示例 情景图示情景说明情景1两小球固定在轻杆M 、N 两点上，随杆一起绕杆的端点O 做圆周运动。

注意：计算杆OM 段的拉力时，应以M 点的小球为研究对象，而不能以M 、N 两点的小球整体为研究对象。

情景2A 、B 两物块用细绳相连沿半径方向放在转盘上，随转盘一起转动，当转盘转速逐渐增大时，物块B 先达到其最大静摩擦力，转速再增加，则A 、B 间绳子开始有拉力，当A 受到的静摩擦力达到其最大值后两物块开始滑动（设A 、B 两物块与转盘间的动摩擦因数相等）情景3A 、B 两物块叠放在一起随转盘一起转动，当求转盘对物体B 的摩擦力时，取A 、B 整体为研究对象比较简单；当研究A 、B 谁先发生离心运动时，注意比较两接触面间的动摩擦因数大小情景4A 、B 两小球用轻线相连穿在光滑轻杆上随杆绕转轴O 在水平面内做圆周运动时，两球所受向心力大小相等，角速度相同，圆周运动的轨道半径与小球质量成反比。

例一：如图所示，轻杆长3L ，在杆两端分别固定质量为m 的球A 和质量为2m 的球B ，光滑水平转轴穿过杆上距球A 为L 处的O 点，外界给系统一定能量后，杆和球在竖直平面内转动，球A 运动到最高点时，杆对球A 恰好无作用力。

忽略空气阻力，重力加速度为g ，则球A 在最高点时（D ）A ．球A 的速度为零B ．水平转轴对杆的作用力大小为4mg ，方向竖直向上C ．水平转轴对杆的作用力大小为3mg ，方向竖直向上D ．水平转轴对杆的作用力大小为6mg ，方向竖直向上 例二：如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A 和B 放在转盘上，两者用长为L 的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K 倍，A 放在距离转轴L 处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O 1O 2转动（重力加速度为g ）。

高中物理转盘连接体问题高中物理中的转盘连接体问题是指有两个或多个转盘通过轴连接在一起的物理问题。

这种问题一般涉及到力的传递、转动惯量和角加速度等概念。

下面将详细讨论该问题。

首先，我们来考虑两个转盘通过轴连接在一起的情况。

设转盘1的转动惯量为I₁，转盘2的转动惯量为I₂，通过轴连接的转动惯量为I₃。

假设外力作用在转盘1上，转盘2无外力作用。

根据动量守恒定律，外力对转盘1的扭矩τ₁等于转盘1的转动惯量I₁乘以角加速度α：τ₁ = I₁α₁根据转盘2的转动惯量和角加速度，可以得到转盘2的角加速度α₂：τ₂ = I₂α₂由于转盘1和转盘2通过轴连接在一起，因此它们的角加速度相等：α₁ = α₂ = α而两个转动物体的牵引力的作用点重合，所以τ₁ = τ₂，从而有：I₁α = I₂α由此得到：I₁α = I₂α(I₁ + I₂)α = 0当(I₁ + I₂) ≠ 0时，上式成立的唯一解是α = 0，即两个转盘的角加速度为0.这说明，当通过轴连接的转动惯量不为零时，两个转盘的角加速度相等且均为零，即它们将保持静止。

对于多个转盘通过轴连接在一起的情况，同样可以推导类似的结论。

假设第i个转盘的转动惯量为Iᵢ，通过轴连接的转动惯量为Iₙ，其中n为转盘的个数。

根据动量守恒定律和转动的叠加原理，可以得到：τ₁ + τ₂ + ... + τₙ = I₁α + I₂α + ... + Iₙα(I₁ + I₂ + ... + Iₙ)α = 0当(I₁ + I₂ + ... + Iₙ) ≠ 0时，上式成立的唯一解是α = 0，即所有转盘的角加速度为零。

这说明，当通过轴连接的转动惯量之和不为零时，所有转盘的角加速度均为零，它们将保持静止。

总结起来，转盘连接体问题中，通过轴连接的转动惯量之和为零时，转盘将保持静止；当转动惯量之和不为零时，转盘将保持静止。

这是由于转盘的转动惯量和角加速度之间存在一种固定的关系，通过轴连接的转动惯量之和可以看作是一个整体的转动惯量，在外力作用下，整体将保持静止。

第16讲 连接体问题一、连接体：运动中几个物体或叠放在一起，或并排挤放在一起，或用轻绳、轻杆、轻弹簧连接在一起的物体组。

常见的连接体一般具有速度、加速度大小相同的特点。

二、解决这类问题的基本方法：整体法和隔离法思考与练习：1．如图，不计绳的质量及绳与滑轮的摩擦，物体A 的质量为M ，水平面光滑，当在绳B 端挂一质量为m 的物体时，物体A 的加速度为a 1，当在绳B 端施以F ＝mg 的竖直向下的拉力作用时，A 的加速度为a 2，则a 1与a 2的大小关系是( 答案：C )A ．a 1＝a 2B ．a 1>a 2C ．a 1<a 2D ．无法确定解析：挂m 时，mg ＝(m ＋M )a 1，a 1＝m m ＋Mg ；用F ＝mg 拉时，mg ＝Ma 2，a 2＝m M g 2. 如图，A 、B 两木块的质量分别为m A 、m B ，在水平推力F 作用下沿水平面匀加速向右运动，求下面几种情况下A 、B 间的弹力。

⑴ 水平面光滑⑵ 水平面摩擦系数μ⑶ 斜面光滑⑷ 斜面摩擦系数μ3. 如图，放在光滑水平面上的物体Ａ和Ｂ质量分别为Ｍ和ｍ，水平恒力Ｆ作用在Ａ上，Ａ、Ｂ间的作用力为Ｆ１；水平恒力Ｆ作用在Ｂ上，Ａ、Ｂ间作用力为Ｆ２，则（ AC ） Ａ．Ｆ１＋Ｆ２＝Ｆ Ｂ．Ｆ１＝Ｆ２Ｃ．Ｆ１／Ｆ２＝ｍ／Ｍ Ｄ．Ｆ１／Ｆ２＝Ｍ／ｍ4. 如图，五块完全相同的木块并排放在水平地面上，它们与地面间的摩擦不计.当用力F 推1使它们共同加速运动时，第2块木块对第3块木块的推力为___答案:F 53___.5．一根质量分布均匀的长绳AB ，在水平外力F 的作用下，沿光滑水平面做直线运动，如图甲所示．绳内距A 端x 处的张力F T 与x 的关系如图乙所示，由图可知(答案：AC )A ．水平外力F ＝6 NB ．绳子的质量m ＝3 kgC ．绳子的长度l ＝2 mD ．绳子的加速度a ＝2 m/s 2解析：取x ＝0，即A 端进行受力分析，F －F T ＝ma ，又A 端质量趋近于零，则F ＝F T ＝6 N ，A 正确；由于不知绳子的加速度，其质量也无法得知，B 、D 均错误；由图易知C 正确．6．如图，质量相同的物体1和2紧靠在一起放在光滑的水平面上，如果它们分别受到水平推力F 1和F 2作用，且F 1>F 2，则1施于2的作用力大小为( 答案：D )A ．F 1B ．F 1－F 2 C. 12(F 1－F 2) D. 12(F 1＋F 2) 解析：因为F 1>F 2，物体1和2一起以相同的加速度a 向右做匀加速直线运动，将1和2作为一个整体，有：F 1－F 2＝2ma ，∴ a ＝F 1－F 22m. 要求1施于2的作用力F N ，应将1和2隔离，对物体2， F N －F 2＝ma ，∴ F N ＝F 2＋ma ＝12(F 1＋F 2)． 7. 如图，物体abc 叠放在水平桌面上，水平力F b =5 N ，F c =10 N 分别作用于物体b 、c 上，abc 仍保持静止.以f 1、f 2、f 3分别表示a 与b 、b 与c 、c 与桌面间的静摩擦力的大小，则( 答案:C )A. f 1=5N ，f 2=0，f 3=5NB. f 1=5N ，f 2=5N ，f 3=0C. f 1=0，f 2=5N ，f 3=5ND. f 1=0，f 2=10N ，f 3=5N8．在光滑水平面上有一小车A ，质量m A ＝2.0 kg ，小车上放一个物体B ，质量m B ＝1.0 kg ，给B 一个水平推力F ，如图甲，当F 增大到稍大于3.0 N 时，A 、B 开始相对滑动．若撤去F ，对A 施加一水平推力F ′，如图乙，要使A 、B 不相对滑动，求F ′的最大值Fmax .解析：对甲图，F ＝(m A ＋m B )a ，F f max ＝m A a对乙图，F f max ＝m B a ′，F max ＝(m A ＋m B )a ′，得F max ＝6.0 N.9．如图，A 、B 质量分别为m A 和m B ，叠放在倾角为θ的斜面上以相同的速度匀速下滑，则( 答案：BCD )A ．A 、B 间无摩擦力作用B ．B 受到的滑动摩擦力大小为(m A ＋m B )g sin θC ．B 受到的静摩擦力大小为m A g sin θD ．取下A 物体后，B 物体仍能匀速下滑解析：对AB 整体，(m A ＋m B )g sin θ＝μ(m A ＋m B )g ，B 正确．对A ，静摩擦力f ＝m A g sin θ，C 正确，A 错误。

圆周运动连接体问题圆周运动连接体问题，听起来是不是有点高深莫测？别担心，咱们一点点儿捋清楚，慢慢理解。

这其实就跟我们日常生活中看到的很多场景有关系，虽然表面上看不出什么复杂的数学公式，但如果你仔细琢磨，就能发现很多原理和规律其实都藏在我们身边。

比如，坐摩天轮时，你就能直观地体会到圆周运动。

你想啊，当你坐在摩天轮的车厢里，车厢沿着一条圆形轨道转圈，不停地上下波动，你就是这个运动的一部分。

圆周运动就是物体沿着圆形轨迹做运动的方式。

比如，地球围绕太阳转，月亮围绕地球转，甚至你拿着手机拍照时，那旋转的镜头，也是个小小的圆周运动。

圆周运动连接体问题，通俗点说就是研究那些参与圆周运动的物体，它们之间怎么相互影响的。

就拿你坐摩天轮这个事儿来说吧。

你和摩天轮的车厢之间是不是有一个“连接”？你坐在车厢里，车厢在转，你和车厢之间就形成了一个“连接体”，而这个连接体会让你感受到一种叫做“向心力”的力量，这个力量的作用就是把你拉向圆心。

你转的时候感觉身体有点往外甩，那就是因为你想要继续沿着圆轨道转，而这个拉力让你保持在轨道上。

这时候你可能会问了，为什么坐摩天轮会感觉到这种力？你不觉得奇怪吗？其实这个力叫做“离心力”，虽然它听起来像是你要飞出摩天轮了，但实际上，离心力并不是一种真正存在的力。

它只是你因为转动而产生的惯性力，换句话说，当你转动时，你的身体并不想随同车厢一起转，它宁愿“飞出去”。

而车厢则像一个老大哥，牢牢地把你拖住，保持你在车厢内。

而向心力就是那个“老大哥”，它使得你始终保持在车厢里，不会被甩出去。

如果你还觉得有点晕，没关系，咱再举个简单的例子。

你玩甩鞭子的时候，不也是一样的吗？你把鞭子在手里甩来甩去，鞭子的末端就会做圆周运动，而你手里拉住鞭子的部分就像是摩天轮上的车厢，保持着对鞭子末端的控制。

而那条鞭子的末端会感受到一个向心力，就是你的手施加在鞭子上的力，使得它不至于飞出去。

这个例子是不是更形象了点？你看，这些看似简单的动作，背后其实有很多物理原理在支撑。

科学思维系列——圆周运动中的连接体问题、临界问题一、圆周运动中的连接体问题圆周运动中的连接体问题，是指两个或两个以上的物体通过一定的约束绕同一转轴做圆周运动的问题．这类问题的一般求解思路是：分别隔离物体，准确分析受力，正确画出受力图，确定轨道半径，注意约束关系(在连接体的圆周运动问题中，角速度相同是一种常见的约束关系)．【典例1】在一个水平转台上放有质量相等的A、B两个物体，用一轻杆相连，AB连线沿半径方向．A与平台间有摩擦，B与平台间的摩擦可忽略不计，A、B到平台转轴的距离分别为L、2L.某时刻一起随平台以ω的角速度绕OO′轴做匀速圆周运动．A与平台间的摩擦力大小为F f A，杆的弹力大小为F.现把转动角速度提高至2ω.A、B仍各自在原位置随平台一起绕OO′轴匀速圆周运动，则下面说法正确的是( )A．F f A、F均增加为原来的4倍B．F f A、F均增加为原来的2倍C．F f A大于原来的4倍，F等于原来的2倍D．F f A、F增加后，均小于原来的4倍【解析】根据牛顿第二定律，对A：F f A－F＝mω2r A①，对B：F＝mω2r B②.当ω增大到2ω时，由②式知，F增加到原来的4倍；由①式知：F f A＝F＋mω2r A，F f A增加为原来的4倍．故选A.【答案】 A变式训练1 如图所示，在光滑杆上穿着两个小球m1、m2，且m1＝2m2，用细线把两球连起来，当杆匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，此时两小球到转轴的距离r1与r 2之比为( )A．1:1 B．1: 2C．2:1 D．1:2解析：两个小球绕共同的圆心做圆周运动，它们之间的拉力互为向心力，角速度相同．设两球所需的向心力大小为F n，角速度为ω，则对球m1：F n＝m1ω2r1，对球m2：F n＝m2ω2r2，由上述两式得r1r2＝1:2.答案：D变式训练2 甲、乙两名溜冰运动员，m甲＝80 kg，m乙＝40 kg，面对面拉着弹簧测力计做圆周运动的溜冰表演，如图所示．两人相距0.9 m，弹簧测力计的示数为9.2 N，下列判断中正确的是( )A．两人的线速度相同，约为40 m/sB．两人的角速度相同，为5 rad/sC．两人的运动半径相同，都是0.45 mD．两人的运动半径不同，甲为0.3 m，乙为0.6 m解析：C错：两个人做圆周运动，向心力的大小相等，质量不同，角速度相同，所以他们的运动半径不同．D对：设甲的半径为R1，则乙的半径为0.9 m－R1，故m甲ω2R1＝m乙ω2(0.9 m－R1)，解得R1＝0.3 m．B错：再根据9.2 N＝m甲ω2R1可知，角速度ω≈0.62 rad/s.A错：两个人的角速度相同，半径不同，故他们的线速度不相同．答案：D二、圆周运动中临界问题的解题策略关于圆周运动的临界问题，要特别注意分析物体做圆周运动的向心力来源，考虑达到临界条件时物体所处的状态，即临界速度、临界角速度，然后分析该状态下物体的受力特点，结合圆周运动知识列方程求解．(1)与绳的弹力有关的临界问题：此问题要分析出绳子恰好无弹力(或恰好断裂)这一临界状态下的角速度(或线速度)等．(2)与支持面弹力有关的临界问题：此问题要分析出恰好无支持力这一临界状态下的角速度(或线速度)等．(3)因静摩擦力而产生的临界问题：此问题要分析出静摩擦力达到最大这一临界状态下的角速度(或线速度)等．【典例2】如图所示，在光滑水平面上相距20 cm处有两个钉子A和B，长1.2 m的细绳一端系着质量为0.5 kg的小球，另一端固定在钉子A上．开始时，小球和钉子A、B在同一直线上，小球始终以2 m/s 的速率在水平面内做匀速圆周运动．若细绳能承受的最大拉力是5 N ，则从开始到细绳断开所经历的时间是( )A ．1.2π s B．1.4π s C ．1.8π s D．2π s【解析】 小球每转过180°，转动半径就减小x ＝0.20 m ，所需向心力F ＝mv 2L －nx(n ＝0,1,2，…)，由F ≤5 N ，可得n ≤4，即小球转动半径缩短了4次，细绳第5次碰到钉子瞬间后，细绳断开．从开始到细绳断开，每转半周小球转动半径分别为L 、L －x 、L －2x 、L －3x 、L －4x ，则运动时间t ＝π5L －10xv.【答案】 D变式训练3 如图所示，两绳系一质量为0.1 kg 的小球，两绳的另一端分别固定于轴的A 、B 两处，上面绳长2 m ，两绳拉直时与轴的夹角分别为30°和45°，问球的角速度在什么范围内两绳始终都有张力？(g 取10 m/s 2)解析：当上绳绷紧，下绳恰好伸直但无张力时，小球受力如图甲所示．由牛顿第二定律得：mg tan 30°＝mω21r ，又有r ＝L s in 30°，解得ω1＝1033rad/s ； 当下绳绷紧，上绳恰好伸直无张力时，小球受力如图乙所示． 由牛顿第二定律得：mg tan 45°＝mω22r ，解得ω2＝10 rad/s ，故当 1033rad/s<ω<10 rad/s 时，两绳始终都有张力．答案：1033rad/s<ω<10 rad/s。

专题五圆周运动中的动力学学科素养部分一.核心素养聚焦考点一物理观念水平面内圆周运动与相互作用的观念例题1．质量不计的轻质弹性杆P插入桌面上的小孔中，杆的另一端套有一个质量为m的小球，今使小球在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，且角速度为ω，如图所示，则杆的上端受到球对其作用力的大小为()A．mω2R B．m g2－ω4R2C．m g2＋ω4R2D．不能确定【答案】C【解析】对小球进行受力分析，小球受两个力：一个是重力mg，另一个是杆对小球的作用力F，两个力的合力充当向心力．由平行四边形定则可得：F＝m g2＋ω4R2，再根据牛顿第三定律，可知杆受到球对其作用力的大小为F＝m g2＋ω4R2.故选项C正确．考点二.科学思维圆周运动中临界问题例题２．如图所示，置于圆形水平转台上的小物块随转台转动．若转台以角速度ω0=2rad/s．转动时，物块恰好与平台发生相对滑动．现测得小物块与转轴间的距离l1=0.50m，设物块所受的最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g取10m/s2．则( AC )A.小物块与转台间的摩擦因数为μ=0.2B.若小物块与转轴间距离变为l2=1.0m，则水平转台转动的角速度最大为1rad/s．C.若小物块与转轴间距离变为l2=1.0m，则水平转台转动的角速度最大为2rad/s．D. 若小物块质量变为原来2倍，则水平转台转动的角速度最大为2rad/s【答案】AC【解析】物块恰好与平台发生相对滑动时摩擦力恰好等于最大静摩擦力．由于物块在水平面内做圆周运动，向心力只能由摩擦力提供，故有21ωμml mg =，解得2.0201==gl ωμ，A 正确。

若22m ml mg ωμ=，可知最大角速度s rad l gm /22==μω，B 错误C 正确。

若小物块质量变为原来2倍，虽然物块所受静摩擦力的最大值变为原来的2倍，但同样角速度的情况下物体所需向心力也是原来的2倍，故不发生相对滑动的最大角速度与原来相同，或直接由lgm μω=可以看出故不发生相对滑动的最大角速度与物块的质量无关，D 错误。

小专题4圆周运动中的连接体问题【知识清单】两个物体通过绳、杆或接触面发生相互作用，其中一个做圆周运动或两个物体一起做圆周运动的问题，称为圆周运动中的连接体问题。

处理圆周运动中的连接体问题，可从所涉及的已知量与未知量来利用整体法或隔离法选取研究对象，对研究对象依据平衡条件或牛顿第二定律列方程时，可采用正交分解法：沿半径与垂直于半径方向建立直角坐标系，在沿半径方向由向心加速度利用牛顿第二定律列式，在垂直于半径方向上对做匀速圆周运动的物体可利用平衡条件列式，再依据条件列出摩擦力方程、胡克定律方程、几何关系方程等联立求解。

整体与隔离法选取的依据不是两物体是否具有相同的加速度，而是已知量与待求量中是否涉及系统内部的相互作用，在求系统外力时可采用整体法，求系统内部作用时可采用隔离法。

整体法中若系统内部物体的加速度不同时，整体所受的合力等于各自的质量与加速度乘积的矢量合。

【考点题组】【题组一】连接体中的定量计算1.在光滑的横杆上穿着两质量分别为m1、m2的小球，小球用细线连接起来，当转台匀速转动时，两小球与横杆保持相对静止，下列说法中正确的是（D）A.两小球的速率必相等B.两小球的向心力大小必不相等C.两小球的加速度大小必相等D.两小球到转轴的距离与其质量成反比【答案】Ｄ【解析】两球共轴转动，角速度相同，因为细线对A、B两球的弹力相等，知A、B两球做圆周运动的向心力相等，有：m1r1ω2=m2r2ω2，所以：r1：r2=m2：m1，故B错误D正确；根据v=ωr知它们线速度与半径成正比，则与质量成反比，故A错误；根据a=ω2r知加速度与半径成正比，也即与质量成反比，故C错误。

2.如图所示,轻杆长3L,在杆两端分别固定质量均为m的球A和B,光滑水平转轴穿过杆上距球A为L处的O 点,外界给系统一定能量后,杆和球在竖直平面内转动,球B 运动到最高点时,杆对球B 恰好无作用力.忽略空气阻力.则球B 在最高点时( )A. 球B的速度为L g 2B. 球A 的速度大小为L g 2C. 水平转轴对杆的作用力为1.5mgD. 水平转轴对杆的作用力为2.5mg【答案】AC【解析】球B 运动到最高点时，球B 对杆恰好无作用力，即重力恰好提供向心力，则有：Lmv mg B 22=，解得 v=gL 2 ①，故A 正确。

水平圆盘上连接体问题的分析思路本文讨论圆周运动问题中，涉及水平圆盘上连接体类问题的分析方法思路，适合对圆盘上连接体问题的分析存在困惑的高中学生学习参考。

有些同学对这类问题的分析理解存在一些问题，本文定能帮您解开疑惑。

文中结合相关知识点，详细讨论了水平圆盘上连接体问题的具体分析方法步骤，并列举了一些相关例题进行详细分析，结合受力示意图，分析了从开始运动到连接体最终刚好相对圆盘滑动的全程的受力变化，角速度变化情况，以及每个临界状态都一一列出。

一．基本知识点1．做圆周运动物体的向心力公式：F n =mv 2r=mω2r=mvω=ma n ；2．区分清楚物体做圆周运动所需的向心力与物体做圆周运动时实际受到的力。

物体做圆周运动所需的向心力：即根据向心力公式F n=mv2r=mω2r=mvω=ma n 计算得到的力；物体实际受到的力：即常说的物体受到的重力、弹力、摩擦力等等，具体受哪些力由实际问题决定。

举例说明：如图所示，水平转台上一质量为m的物体随转台一起做匀速圆周运动，圆周运动半径为r，角速度为ω，物体实际受到的力有重力、弹力、静摩擦力，三者的合力为f，而物体做圆周运动所需的向心力为：F n=mω2r ，根据匀速圆周运动的特点：物体实际受到的力的合力与向心力两者是等量的关系，即F n=f=mω2r 。

3．物体做离心运动的条件：物体所受合力突然消失或者合力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力，物体就会离圆心越来越远。

根据物体做离心运动的条件，物体做离心运动时，满足以下表达式：F合<F n=mω2r比如在上例中，如果转台转得越来越快，由F n=mω2r 可知，物体做圆周运动所需向心力会越来越大，在角速度不够大时，静摩擦力可以随着转速的增大而增大，物体仍能与转台保持相对静止。

但静摩擦力有一个最大值，达到这个最大值后，就不能再增大了。

如果静摩擦力已达最大值F max，转台的角速度再增大的话，就会出现以下情形：F 合=F max<F n=mω2rmgfF N这种情形即：物体实际所受的合力F max，小于物体做圆周运动所需的向心力mω2r的情形，区分清楚物体实际所受的力与物体做圆周运动所需的向心力的意义就在于此，在分析问题时需要用到上述关系来判断物体是否会相对滑动。

水平圆盘上连接体问题的分析思路本文讨论圆周运动问题中，涉及水平圆盘上连接体类问题的分析方法思路，适合对圆盘上连接体问题的分析存在困惑的高中学生学习参考。

有些同学对这类问题的分析理解存在一些问题，本文定能帮您解开疑惑。

文中结合相关知识点，详细讨论了水平圆盘上连接体问题的具体分析方法步骤，并列举了一些相关例题进行详细分析，结合受力示意图，分析了从开始运动到连接体最终刚好相对圆盘滑动的全程的受力变化，角速度变化情况，以及每个临界状态都一一列出。

一．基本知识点1．做圆周运动物体的向心力公式：F n =mv 2r=mω2r=mvω=ma n ；2．区分清楚物体做圆周运动所需的向心力与物体做圆周运动时实际受到的力。

物体做圆周运动所需的向心力：即根据向心力公式F n=mv2r=mω2r=mvω=ma n 计算得到的力；物体实际受到的力：即常说的物体受到的重力、弹力、摩擦力等等，具体受哪些力由实际问题决定。

举例说明：如图所示，水平转台上一质量为m的物体随转台一起做匀速圆周运动，圆周运动半径为r，角速度为ω，物体实际受到的力有重力、弹力、静摩擦力，三者的合力为f，而物体做圆周运动所需的向心力为：F n=mω2r ，根据匀速圆周运动的特点：物体实际受到的力的合力与向心力两者是等量的关系，即F n=f=mω2r 。

3．物体做离心运动的条件：物体所受合力突然消失或者合力不足以提供物体做圆周运动所需的向心力，物体就会离圆心越来越远。

根据物体做离心运动的条件，物体做离心运动时，满足以下表达式：F合<F n=mω2r比如在上例中，如果转台转得越来越快，由F n=mω2r 可知，物体做圆周运动所需向心力会越来越大，在角速度不够大时，静摩擦力可以随着转速的增大而增大，物体仍能与转台保持相对静止。

但静摩擦力有一个最大值，达到这个最大值后，就不能再增大了。

如果静摩擦力已达最大值F max，转台的角速度再增大的话，就会出现以下情形：F 合=F max<F n=mω2rmgfF N这种情形即：物体实际所受的合力F max，小于物体做圆周运动所需的向心力mω2r的情形，区分清楚物体实际所受的力与物体做圆周运动所需的向心力的意义就在于此，在分析问题时需要用到上述关系来判断物体是否会相对滑动。

综合提升专题训练----牛顿运动定律应用之连接体问题一、订正上次作业中可能存在的问题、就问题对本节重要知识或规律进行说明和强调。

二、重要概念、规律再认识：1．连接体的类型(1)物物叠放连接体(2)轻绳连接体(3)体轻杆连接体(4)弹簧连接2．连接体的运动特点轻绳——轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度总是相等．轻杆——轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度；轻杆转动时，连接体具有相同的角速度，而线速度与转动半径成正比（必修二学习）．轻弹簧——在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速率相等．3．处理连接体问题的方法整体法的选取原则 若连接体内各物体具有相同的加速度，且不需要求物体之间的作用力，可以把它们看成一个整体，分析整体受到的外力，应用牛顿第二定律求出加速度或其他未知量隔离法的选取原则 若连接体内各物体的加速度不相同，或者要求出系统内两物体之间的作用力时，就需要把物体从系统中隔离出来，应用牛顿第二定律列方程求解整体法、隔离法的交替运用若连接体内各物体具有相同的加速度，且要求物体之间的作用力时，可以先用整体法求出加速度，然后再用隔离法选取合适的研究对象，应用牛顿第二定律求作用力．即“先整体求加速度，后隔离求内力”三、典例讲解:【例题1】质量为2m 的物体A 和质量为m 的物体B 相互接触放在水平面上，如图所示。

若对A 施加水平推力F ，使两物体沿水平方向做匀加速直线运动，下列说法正确的是 ( )A ．若水平面光滑，物体A 的加速度为F 2mB ．若水平面光滑，物体A 对B 的作用力为23F C ．若物体A 与地面无摩擦，B 与地面的动摩擦因数为μ，则物体A 对B 的作用力大小为F －μmg 3D ．若物体A 与地面无摩擦，B 与地面的动摩擦因数为μ，则物体B 的加速度为F －μmg 3m【解析】如果水平面光滑，以AB 组成的系统为研究对象，根据牛顿第二定律得：a ＝F m ＋2m ＝F 3m， 以B 为研究对象，由牛顿第二定律得，A 对B 的作用力：N ＝ma ＝F 3，故AB 错误； 若物体A 与地面无摩擦，B 与地面的动摩擦因数为μ，以系统为研究对象，根据牛顿第二定律得：a ′＝F －μmg 3m ，以B 为研究对象，由牛顿第二定律得：N ′－μmg ＝ma ′，则物体A 对B 的作用力大小为：N ′＝F －μmg 3＋μmg ，故C 错误，D 正确。

圆周运动专题二圆周运动中的连接体问题、临界问题【知识点一】圆周运动中的连接体问题【例1】在一个水平转台上放有质量相等的A、B两个物体，用一轻杆相连，AB连线沿半径方向．A与平台间有摩擦，B与平台间的摩擦可忽略不计，A、B到平台转轴的距离分别为L、2L.某时刻一起随平台以ω的角速度绕OO′轴做匀速圆周运动．A与平台间的摩擦力大小为F f A，杆的弹力大小为F.现把转动角速度提高至2ω.A、B仍各自在原位置随平台一起绕OO′轴匀速圆周运动，则下面说法正确的是()A．F f A、F均增加为原来的4倍B．F f A、F均增加为原来的2倍C．F f A大于原来的4倍，F等于原来的2倍D．F f A、F增加后，均小于原来的4倍【解析】根据牛顿第二定律，对A：F f A－F＝mω2r A①，对B：F＝mω2r B②.当ω增大到2ω时，由②式知，F增加到原来的4倍；由①式知：F f A＝F ＋mω2r A，F f A增加为原来的4倍．故选A.【答案】A【例2】如图所示，在光滑杆上穿着两个小球m1、m2，且m1＝2m2，用细线把两球连起来，当杆匀速转动时，两小球刚好能与杆保持无相对滑动，此时两小球到转轴的距离r1与r2之比为()A．1:1B．1:2C．2:1 D．1:2解析：两个小球绕共同的圆心做圆周运动，它们之间的拉力互为向心力，角速度相同．设两球所需的向心力大小为F n，角速度为ω，则对球m1：F n＝m1ω2r1，对球m2：F n＝m2ω2r2，由上述两式得r1r2＝1:2.答案：D【例3】如图所示，轻杆长为3L，在杆的A、B两端分别固定质量均为m 的球A和球B，杆上距球A为L处的点O装在光滑的水平转动轴上，外界给予系统一定的能量后，杆和球在竖直面内转动．在转动的过程中，忽略空气的阻力．当球B运动到最高点时，球B对杆恰好无作用力．下列说法正确的是()A.球B在最高点时速度为零B.球B在最高点时，球A的速度也为零C.球B在最高点时，杆对水平轴的作用力为1.5mgD.球B转到最低点时，其速度为vB＝165gLC [解析] 球B 在最高点时速度为v0，有mg ＝m v202L ，得v0＝2gL ，A 项错误；此时球A 的速度为v02＝122gL ，B 错误；设杆对球A 的作用力为FA ，则FA －mg ＝m ⎝ ⎛⎭⎪⎫v022L ，得FA ＝1.5mg ，C 项正确；设球B 在最低点时的速度为vB ，据机械能守恒定律有2mgL －mgL ＋12mv20＋12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫v022＝－2mgL ＋mgL ＋12mv2B ＋12m ⎝ ⎛⎭⎪⎫vB 22，解得vB ＝265gL ，D 项错误． 【例4】如图所示，OO′为竖直轴，MN 为固定在OO′上的水平光滑杆，有两个质量相同的金属球A 、B 套在水平杆上，AC 和BC 为抗拉能力相同的两根细线，C 端固定在转轴OO′上．当线拉直时，A 、B 两球转动半径之比恒为2∶1，若转轴的角速度逐渐增大，则( ) A ．AC 先断 B ．BC 先断C ．两线同时断D ．不能确定哪根线先断[解析] A 对A 球进行受力分析，A 球受重力、支持力和拉力FA 三个力作用，拉力的水平分力提供A 球做圆周运动的向心力，得：水平方向FAcosα＝mrAω2，同理，对B 球：FBcosβ＝mrBω2.由几何关系，可知cosα＝rA AC ，cosβ＝rB BC ，所以：FA FB ＝rAcosβrBcosα＝rArBBC rBrA AC＝ACBC .由于AC>BC ，所以FA>FB ，即AC 线先断．【知识点二】临界问题1. 与绳的弹力有关的临界问题质量为m 的物体被长为l 的轻绳拴着(如图所示)，且绕绳的另一端O 做匀速圆周运动，当绳子的拉力达到最大值F m 时，物体的速度最大，即F m ＝m v 2ml，解得v m ＝F m lm。

连接体运动问题的讨论“连接体运动”是在生活和生产中常见的现象，也是运用牛顿运动定律解答的一种重要题型。

在“连接体运动”的教学中，需要给学生讲述两种解题方法──“整体法”和“隔离法”。

教师可以采用下列这样一个既简单又典型的“连接体运动”例题，给学生讲解两种解题方法。

如图1-15所示：把质量为M 的的物体放在光．滑．的水平．．高台上，用一条可以忽略质量而且不变形的细绳绕过定滑轮把它与质量为m 的物体连接起来，求：物体M 和物体m 的运动加速度各是多大？⒈ “整体法”解题采用此法解题时，把物体M 和m 看作一个整．体．，它们的总质量为(M+m )。

把通过细绳连接着的M 与m 之间的相互作用力看作是内力．．，既然水平高台是光滑无阻力的，那么这个整体所受的外力．．就只有mg 了。

又因细绳不发生形变，所以M 与m 应具有共同的加速度a 。

现将牛顿第二定律用于本题，则可写出下列关系式：mg=(M+m)a所以物体M 和物体m 所共有的加速度为：g mM ma +=⒉ “隔离法”解题 采用此法解题时，要把物体M 和m 作为两个物体隔离开分别进行受力分析，因此通过细绳连接着的M 与m 之间的相互．．作用力T 必须标出，而且对M 和m 单独．．来看都是外力．．（如图1-16所示）。

根据牛顿第二定律对物体M 可列出下式： T=M a ①根据牛顿第二定律对物体m 可列出下式：mg-T=m a ②将①式代入②式：mg-Ma=ma mg=(M+m)a所以物体M 和物体m 所共有的加速度为：g mM m a +=最后我们还有一个建议：请教师给学生讲完上述的例题后，让学生自己独立推导如图1-17所示的另一个例题：用细绳连接绕过定滑轮的物体M 和m ，已知M>m ，可忽略阻力，求物体M 和m 的共同加速度a 。

如果学生能不在老师提示的情况下独立地导出：g mM m M a +-=，就表明学生已经初步地掌握了“连接体运动的解题方法了。