【精准解析】2021高考物理教科版：第三章+微专题21+三种”连接体模型“的解题规律

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连接体运动问题一、教法建议【解题指导】“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”。

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 m a += 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=Ma ①根据牛顿第二定律对物体m 可列出下式：mg-T=ma 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 m M 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 。

2021届高考物理二轮复习专题3.5 动力学中的三类模型：连接体模型连接体模型1.连接体的分类根据两物体之间相互连接的媒介不同，常见的连接体可以分为三大类。

(1)绳(杆)连接：两个物体通过轻绳或轻杆的作用连接在一起； (2)弹簧连接：两个物体通过弹簧的作用连接在一起；(3)接触连接：两个物体通过接触面的弹力或摩擦力的作用连接在一起。

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。

轻弹簧――在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速率不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速率相等。

特别提醒(1)“轻”――质量和重力均不计。

(2)在任何情况下，绳中张力的大小相等，绳、杆和弹簧两端受到的弹力大小也相等。

3.连接体问题的分析方法 (1)分析方法：整体法和隔离法。

(2)选用整体法和隔离法的策略：①当各物体的运动状态相同时，宜选用整体法；当各物体的运动状态不同时，宜选用隔离法；②对较复杂的问题，通常需要多次选取研究对象，交替应用整体法与隔离法才能求解。

【典例1】如图所示，有材料相同的P、Q两物块通过轻绳相连，并在拉力F作用下沿斜面向上运动，轻绳与拉力F的方向均平行于斜面。

当拉力F一定时，Q受到绳的拉力( )A.与斜面倾角θ有关B.与动摩擦因数有关C.与系统运动状态有关D.仅与两物块质量有关【答案】 D方法提炼受力分析绳、杆求加速度：整体法讨论计算�D→�D→加速度�D→ 连接体求绳、杆作用力：隔相关问题离法【典例2】如图所示，一不可伸长的轻质细绳跨过定滑轮后，两端分别悬挂质量为m1和m2的物体A和B。

若滑轮有一定大小，质量为m且分布均匀，滑轮转动时与绳之间无相对滑动，不计滑轮与轴之间的摩擦。

设细绳对A和B的拉力大小分别为F1和F2，已知下列四个关于F1的表达式中有一个是正确的，请你根据所学的物理知识，通过一定的分析，判断正确的表达式是( )A. F1＝m＋2m2m1gm＋2m1m1gm＋4m2m1g B. F1＝ C. F1＝ D. F1＝m＋m1＋m2m＋m1＋m2m＋m1＋m2m＋4m1m2g m＋m1＋m2【答案】 C【解析】设滑轮的质量为零，即看成轻滑轮，若物体B的质量较大，由整体法可得加速度a＝m2－m1g，m1＋m2隔离物体A，据牛顿第二定律可得F1＝2m1m2g， m1＋m2将m＝0代入四个选项，可得选项C是正确，故选C。

《连接体模型》讲义在物理学中，连接体模型是一类常见且重要的研究对象。

连接体通常指的是两个或多个物体通过某种方式相互连接，并在力的作用下共同运动的系统。

一、连接体的常见类型1、绳（杆）连接体通过不可伸长的绳或刚性杆将两个物体连接起来。

在这种连接方式下，绳或杆两端物体的速度、加速度存在特定的关系。

例如，绳连接的物体沿绳方向的分速度大小相等；而杆连接的物体，杆两端的速度不一定相等，但沿杆方向的分速度大小相等。

2、弹簧连接体两个物体通过弹簧相连。

弹簧的形变会产生弹力，从而影响物体的运动。

在处理这类问题时，需要考虑弹簧的弹性势能以及弹力的变化。

3、接触面连接体物体之间通过接触面相互作用，如叠放在一起的物体、靠在一起的物体等。

接触面可能存在摩擦力，这对物体的运动状态会产生重要影响。

二、连接体问题的分析方法1、整体法将连接体视为一个整体，不考虑物体之间的内力，只分析外力对整体的作用效果。

整体法通常用于求解连接体的加速度等整体运动特征。

例如，当两个物体用绳连接，在水平拉力作用下一起沿水平方向加速运动时，可以将这两个物体看作一个整体，根据牛顿第二定律求出整体的加速度。

2、隔离法将连接体中的各个物体分别隔离出来，分析每个物体所受的力以及运动情况。

隔离法常用于求解物体之间的相互作用力。

比如，对于上述用绳连接的两个物体，在求出整体加速度后，再隔离其中一个物体，分析它所受的力，从而求出绳的拉力。

在实际问题中，往往需要灵活运用整体法和隔离法，有时需要先整体后隔离，有时则需要先隔离后整体。

三、连接体问题中的牛顿运动定律应用1、牛顿第二定律对于连接体中的每个物体，都可以应用牛顿第二定律 F ＝ ma 来分析其受力与运动的关系。

但要注意，当使用整体法时，合力是作用在整体上的外力之和，质量是整体的总质量。

2、牛顿第三定律物体之间的相互作用力遵循牛顿第三定律。

在连接体中，通过分析物体之间的相互作用力，可以更好地理解物体的运动状态。

四、连接体问题中的能量与动量1、能量观点在连接体的运动过程中，往往涉及动能、势能的转化以及机械能的守恒或损失。

绳牵连物”连接体模型问题归纳广西合浦廉州中学秦付平两个物体通过轻绳或者滑轮这介质为媒介连接在一起,物理学中称为连接体,连结体问题就是物体运动过程较复杂问题,连接体问题涉及多个物体,具有较强的综合性,就是力学中能考查的重要内容。

从连接体的运动特征来瞧,通过某种相互作用来实现连接的物体,如物体的叠合,连接体常会处于某种相同的运动状态,如处于平衡态或以相同的加速度运动。

从能量的转换角度来说,有动能与势能的相互转化等等,下面本文结合例题归纳有关“绳牵连物”连接体模型的几种类型。

一、判断物体运动情况例1如图1所示,在不计滑轮摩擦与绳质量的条件下,当小车匀速向右运动时,物体A的受力情况就是( )A.绳的拉力大于A的重力B.绳的拉力等于A的重力C.绳的拉力小于A的重力D.拉力先大于A的重力,后小于重力解析:把小车的速度为合速度进行分解,即根据运动效果向沿绳的方向与与绳垂直的方向进行正交分解,分别就是v2、v1。

如图1所示,题中物体A的运动方向与连结处绳子的方向相同,不必分解。

A的速度等于v2,,小车向右运动时,逐渐变小,可知逐渐变大,故A向上做加速运动,处于超重状态,绳子对A的拉力大于重力,故选项A正确。

点评:此类问题通常就是通过定滑轮造成绳子两端的连接体运动方向不一致,导致主动运动物体与被动运动物体的加速、减速的不一致性。

解答时必须运用两物体的速度在各自连接处绳子方向投影相同的规律。

二、求解连接体速度例2质量为M与m的两个小球由一细线连接(),将M置于半径为R的光滑半球形容器上口边缘,从静止释放,如图2所示。

求当M滑至容器底部时两球的速度。

两球在运动过程中细线始终处于绷紧状态。

解析:设M滑至容器底部时速度为,m的速度为。

根据运动效果,将沿绳的方向与垂直于绳的方向分解,则有:,对M、m系统在M从容器上口边缘滑至碗底的过程,由机械能守恒定律有:,联立两式解得:,方向水平向左;方向竖直向上。

点评:作为连接两个物体的介质绳,能实现力与能量的传递,这也就使两个物体的运动状态彼此都会发生影响,这就使物体的速度上存在一定的矢量关联,分解或者求解速度之间的约束关系就成为解决这类问题的关键。

题目类型1．弹力连接(以轻绳连接或直接接触)：若加速度一样，各个物体间弹力与“其带动的物体质量”成正比；直接接触的连接体往往还涉及“要分离还没分”的临界状态．2．弹簧连接：在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度不一定相等；在弹簧形变量最大时，两端连接体的速率相等．3．摩擦连接：连接体靠静摩擦力或滑动摩擦力连接(带动)，由静摩擦力带动时连接体相对静止，加速度相同；静摩擦力达到最大静摩擦力时是“要滑还没滑”的临界状态．解题方法整体法、隔离法交替运用．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，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”．1．(多选)(2019·辽宁沈阳市第一次质检)如图1所示，甲、乙两物体靠在一起，放在光滑的水平面上，在水平力F1和F2共同作用下，一起从静止开始运动，已知F1>F2，两物体运动一段时间后()图1A．若突然撤去F1，甲的加速度一定减小B．若突然撤去F1，甲、乙间的作用力减小C．若突然撤去F2，乙的加速度一定增大D．若突然撤去F2，甲、乙间的作用力增大2．(2019·河南示范性高中上学期期终)如图2所示，A、B两相同的木箱(质量不计)用水平细绳连接放在水平地面上，当两木箱内均装有质量为m的沙子时，用水平力F拉A木箱，使两木箱一起做匀加速直线运动，细绳恰好不被拉断．在不改变拉力的情况下，为使两木箱一次能运送更多的沙子，下列方法可行的是(加沙子后两木箱均能被拉动)()图2A．只在A木箱内加沙子B．只在B木箱内加沙子C．A木箱内加入质量为m的沙子，B木箱内加入质量为2m的沙子D ．A 木箱内加入质量为2m 的沙子，B 木箱内加入质量为3m 的沙子3．(多选)如图3甲所示，在光滑水平面上叠放着A 、B 两物体．现对A 施加水平向右的拉力F ，通过传感器可测得A 的加速度a 随拉力F 变化的关系如图乙所示．已知重力加速度g ＝ 10 m/s 2，下列说法正确的是(最大静摩擦力等于滑动摩擦力)( )图3A ．A 的质量是5 kgB ．B 的质量是5 kgC ．A 、B 之间的动摩擦因数是0.4D ．A 、B 之间的动摩擦因数是0.84．如图4所示，质量为M 的框架放在水平地面上，一轻弹簧上端固定在框架上，下端连接一个质量为m 的小球，小球上下振动时，框架始终没有跳起，重力加速度为g .当框架对地面压力为零瞬间，小球的加速度大小为( )图4A ．g B.M －m m g C ．0 D.M ＋m mg 5．(2020·湖南长沙市模拟)如图5所示，光滑水平面上，质量分别为m 、M 的木块A 、B 在水平恒力F 作用下一起以加速度a 向右做匀加速直线运动，木块间的水平轻质弹簧劲度系数为k ，原长为L 0，则此时木块A 、B 间的距离为( )图5A ．L 0＋Ma kB ．L 0＋ma kC ．L 0＋MF k (M ＋m )D ．L 0＋F －ma k6．(2020·河南新乡市模拟)如图6所示，粗糙水平面上放置B 、C 两物体，A 叠放在C 上，A 、B 、C 的质量分别为m 、2m 和3m ，物体B 、C 与水平面间的动摩擦因数相同，其间用一不可伸长的水平轻绳相连，轻绳能承受的最大拉力为F T .现用水平拉力F 拉物体B ，使三个物体以同一加速度向右运动，则( )图6A ．此过程中物体C 受五个力作用B ．当F 逐渐增大到F T 时，轻绳刚好被拉断C ．当F 逐渐增大到1.5F T 时，轻绳刚好被拉断D ．若水平面光滑，则绳刚断时，A 、C 间的摩擦力为F T 67.如图7所示，物块A 和B 的质量分别为4m 和m ，开始A 、B 均静止，细绳拉直，在竖直向上拉力F ＝6mg 作用下，动滑轮竖直向上加速运动，已知动滑轮质量忽略不计，动滑轮半径很小，不考虑绳与滑轮之间的摩擦，细绳足够长，在滑轮向上运动过程中，物块A 和B 的加速度分别为( )图7A ．a A ＝12g ，a B ＝5g B ．a A ＝a B ＝15g C ．a A ＝14g ，a B ＝3g D ．a A ＝0，a B ＝2g8．(多选)(2019·河北省“五个一名校联盟” 第一次诊断)小物块m 与各面均光滑的斜面体M ，叠放在光滑水平面上，如图8所示，在水平力F 1(图甲)作用下保持相对静止，此时m 、M 间作用力为F N1；在水平力F 2(图乙)作用下保持相对静止，此时m 、M 间作用力为F N2.则下列说法正确的是( )图8A ．若m ＝M ，则有F 1＝F 2B ．若m ＝M ，则有F N1>F N2C ．若m <M ，则有F 1<F 2D ．若m <M ，则有F N1＝F N29．(多选)(2020·湖北武汉市调研)如图9所示，光滑水平桌面放置着物块A ，它通过轻绳和轻质光滑滑轮悬挂着物块B .已知A 的质量为m ，B 的质量为3m ，重力加速度大小为g .静止释放物块A 、B 后( )图9A ．相同时间内，A 、B 运动的路程之比为2∶1B ．物块A 、B 的加速度之比为1∶1C ．细绳的拉力为6mg 7D ．当B 下落高度h 时，速度为 2gh 510．(2019·福建宁德市上学期期末质量检测)如图10所示，在光滑的水平面上有一段长为L 、质量分布均匀的绳子，绳子在水平向左的恒力F 作用下做匀加速直线运动．绳子上某一点到绳子右端的距离为x ，设该处的张力为F T ，则能正确描述F T 与x 之间的关系的图象是( )图1011．(2019·福建泉州市期末质量检查)如图11所示，“复兴号”动车组共有8节车厢，每节车厢质量m ＝18 t ，第2、4、5、7节车厢为动力车厢，第1、3、6、8节车厢没有动力．假设“复兴号”在水平轨道上从静止开始加速到速度v ＝360 km/h ，此过程视为匀加速直线运动，每节车厢受到F f ＝1.25×103 N 的阻力，每节动力车厢的牵引电机提供F ＝4.75×104 N 的牵引力．求：图11(1)该过程“复兴号”运动的时间；(2)第4节车厢和第5节车厢之间的相互作用力的大小．12．(2019·湖南衡阳市第二次模拟)如图12甲所示，在水平地面上有一质量为m1＝1 kg的足够长的木板，其上叠放一质量为m2＝2 kg的木块，木块和木板之间的动摩擦因数μ1＝0.3，木板与地面间的动摩擦因数μ2＝0.1.假定木块和木板之间的最大静摩擦力和滑动摩擦力相等，现给木块施加随时间t增大的水平拉力F＝3t(N)，重力加速度大小g＝10 m/s2.图12(1)求木块和木板保持相对静止的时间t1；(2)t＝10 s时，两物体的加速度各为多大；(3)在图乙中画出木块的加速度随时间変化的图象(取水平拉力F的方向为正方向，只要求画图，不要求写出理由及演算过程)答案精析1．BC [一起运动时，整体的加速度为：a ＝F 1－F 2m 1＋m 2； 对乙分析，则甲、乙之间的作用力为：F N －F 2＝m 2a ，解得F N ＝m 1F 2＋m 2F 1m 1＋m 2； 突然撤去F 1，则整体的加速度a 1＝F 2m 1＋m 2，a 1不一定大于a ，甲、乙之间的作用力F N1＝m 1F 2m 1＋m 2<F N ，故A 错误，B 正确；突然撤去F 2，则整体的加速度a 2＝F 1m 1＋m 2，则a 2>a ，即加速度增大，甲、乙之间的作用力为：F N2＝m 2F 1m 1＋m 2<F N ，故选项C 正确，D 错误．] 2．A [对A 、B 整体，由牛顿第二定律：F －μ(m A ＋m B )g ＝(m A ＋m B )a ；对木箱B ：F T －μm B g＝m B a ；解得F T ＝m B m A ＋m BF ，可知当A 木箱内加入沙子的质量大于B 木箱内加入沙子的质量时，细绳的拉力减小，故A 正确，B 、C 、D 错误．]3．BC [拉力F 很小时，A 、B 两物体保持相对静止，以相同的加速度运动，后来B 在A 上滑动．当拉力F 1＝60 N 时，A 物体加速度a 1＝4 m/s 2，两物体恰好要相对滑动，这时A 、B 间的摩擦力是最大静摩擦力，根据牛顿第二定律，对B 有：μm B g ＝m B a 1①对A 有：F 1－μm B g ＝m A a 1②当拉力F 2＝100 N 时，A 物体加速度a 2＝8 m/s 2，两物体发生相对滑动，这时A 、B 间是滑动摩擦力，根据牛顿第二定律，对A 有：F 2－μm B g ＝m A a 2③由①②③解得：m A ＝10 kg ，m B ＝5 kg ，μ＝0.4，故B 、C 正确，A 、D 错误．]4．D [以框架为研究对象进行受力分析可知，当框架对地面压力为零时，其重力与弹簧对其弹力平衡，即F ＝Mg ，故可知弹簧处于压缩状态，再以小球为研究对象分析受力可知F ＋mg ＝ma ，联立可解得，小球的加速度大小为a ＝M ＋m mg ，故选项D 正确．] 5．B [以A 、B 整体为研究对象，加速度为：a ＝F M ＋m，隔离A 木块，弹簧的弹力：F 弹＝ma ＝k Δx ，则弹簧的长度L ＝L 0＋ma k ＝L 0＋mF k (M ＋m )，故选B.] 6．C [对A ，A 受重力、支持力和向右的静摩擦力作用，可以知道C 受重力、A 对C 的压力、地面的支持力、绳子的拉力、A 对C 的摩擦力以及地面的摩擦力六个力作用，故A 错误；对整体分析，整体的加速度a ＝F －μ·6mg 6m ＝F 6m－μg ，隔离法对A 、C 分析，根据牛顿第二定律得，F T －μ·4mg ＝4ma ，计算得出F T ＝23F ，当F ＝1.5F T 时，轻绳刚好被拉断，故B 错误，C 正确；水平面光滑，绳刚断时，对A 、C 分析，加速度a ′＝F T 4m，隔离对A 分析，A 的摩擦力F f ＝ma ′＝F T 4，故D 错误．] 7．D [对滑轮由牛顿第二定律得F －2F T ＝m ′a ，又滑轮质量m ′忽略不计，故m ′＝0，所以F T ＝F 2＝6mg 2＝3mg ，对A 由于F T <4mg ，故A 静止，a A ＝0，对B 有a B ＝F T －mg m ＝3mg －mg m＝2g ，故D 正确．]8．ACD [由整体法可知，甲图中整体的加速度：a 1＝F 1M ＋m ，乙图中整体的加速度：a 2＝F 2M ＋m；对甲图，隔离M ，则F N1sin θ＝Ma 1，隔离m ：F N1cos θ＝mg ，解得a 1＝m Mg tan θ ；F 1＝(M ＋m )a 1＝m M (M ＋m )g tan θ；F N1＝mg cos θ；对乙图中的m ，则：F N2sin θ＝mg tan θ＝ma 2，解得：F N2＝mg cos θ；F 2＝(M ＋m )a 2＝(M ＋m )g tan θ；若m ＝M ，则有F 1＝F 2；若m <M ，则有F 1<F 2，选项A 、C 正确；无论m 和M 大小关系如何，都有F N1＝F N2，选项B 错误，D 正确．]9．AC [根据动滑轮的特点可知，相同时间内，A 、B 运动的路程之比为2∶1，选项A 正确；根据s ＝12at 2可知，物块A 、B 的加速度之比为2∶1，选项B 错误；设细绳的拉力为F T ，B 的加速度为a ，则对A ：F T ＝m ·2a ；对B ：3mg －2F T ＝3ma ；解得a ＝37g ，F T ＝67mg ，选项C 正确；当B 下落高度h 时，速度为v ＝2ah ＝ 67gh ，选项D 错误．] 10．A [设绳子单位长度质量为m ，对整体分析有：F ＝Lma ，则对x 分析可知：F T ＝xma ，联立解得：F T ＝xF L，故可知F T 与x 成正比，故A 正确．]11．(1)80 s(2)0解析(1)以动车组为研究对象，由牛顿第二定律：4F－8F f＝8ma动车组做匀加速直线运动，则v＝at解得t＝80 s(2)以前4节车厢为研究对象，假设第4、5节车厢间的作用力为F N，则由牛顿第二定律：2F －4F f＋F N＝4ma解得F N＝0.12．(1)4 s(2)3 m/s212 m/s2(3)见解析图解析(1)当F＜μ2(m1＋m2)g＝3 N时，木块和木板都没有被拉动，处于静止状态，当木块和木板一起运动时，对m1：F fmax－μ2(m1＋m2)g＝m1a max，F fmax＝μ1m2g解得：a max＝3 m/s2对整体有：F max－μ2(m1＋m2)g＝(m1＋m2)a max解得：F max＝12 N由F max＝3t得：t＝4 s(2)t＝10 s时，两物体已相对运动，则有：对m1：μ1m2g－μ2 (m1＋m2)g＝m1a1，解得：a1＝3 m/s2对m2：F－μ1m2g＝m2a2，F＝3t＝30 N，解得：a2＝12 m/s2(3)图象过(1,0)、(4,3)、(10,12)图象如图所示．。

高考物理解题模型分类专题讲解模型5 连接体1．连接体定义与分类（1）两个或两个以上的物体,以某种方式连接在一起运动,这样的物体系统就是连接体。

（2）连接体问题的类型:物物连接体、轻杆连接体、弹簧连接体、轻绳连接体。

2.解决连接体问题方法（1）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,分析整体受到的合力,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量)。

（2）隔离法的选取原则:若连接体内各物体的加速度不相同,或者要求出系统内各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。

（3）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,且要求出物体之间的作用力时,一般采用“先整体求加速度,后隔离求内力”的方法。

牛顿第二定律公式F=ma 中的“F ”指的就是物体(或系统)所受的合力,因此,在处理连接体问题时,必须注意区分内力和外力,特别是用整体法处理连接体问题时,切忌把系统内力列入牛顿第二定律方程中。

当然,若用隔离法处理连接体问题,对所隔离的物体,它所受到的力都属外力,就不存在内力问题了。

【最新高考真题解析最新高考真题解析】】1.1.（（2020年江苏卷江苏卷））中欧班列在欧亚大陆开辟了“生命之路”，为国际抗疫贡献了中国力量。

某运送防疫物资的班列由40节质量相等的车厢组成，在车头牵引下，列车沿平直轨道匀加速行驶时，第2节对第3节车厢的牵引力为F 。

若每节车厢所受摩擦力、空气阻力均相等，则倒数第3节对倒数第2节车厢的牵引力为（ ）A. FB. 1920FC. 19FD. 20F 【答案】C【解析】【详解】根据题意可知第2节车厢对第3节车厢的牵引力为F ，因为每节车厢质量相等，阻力相同，故第2节对第3节车厢根据牛顿第二定律有3838F f ma -=设倒数第3节车厢对倒数第2节车厢的牵引力为F 1，则根据牛顿第二定律有 122F f ma -= 联立解得119F F =。

连接体问题模型概述1.连接体：两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体.如几个物体叠放在一起，或并排放在一起，或用绳子、细杆等连在一起，在求解连接体问题时常用的方法为整体法与隔离法.2.常见类型①物物叠放连接体：两物体通过弹力、摩擦力作用，具有相同的速度和加速度②轻绳连接体：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．③轻杆连接体：轻杆平动时，连接体具有相同的平动速度和加速度．④弹簧连接体：在弹簧发生形变的过程中，两端连接体的速度、加速度不一定相等；在弹簧形变最大时，两端连接体的速度、加速度相等．3.方法：整体法与隔离法，正确选取研究对象是解题的关键.①整体法：若连接体内各物体具有相同的加速度,且不需要求系统内各物体之间的作用力,则可以把它们看作一个整体,根据牛顿第二定律,已知合外力则可求出加速度,已知加速度则可求出合外力.②隔离法：若连接体内各物体的加速度不相同,则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.③若连接体内各物体具有相同的加速度,且需要求物体之间的作用力,则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”.4.力的“分配”地面光滑两物块在力F 作用下一起运动，系统的加速度与每个物块的加速度相同，若外力F 作用于m 1上，则m 1和m 2的相互作用力F 弹=m 2m 1+m 2F ，若作用于m 2上，则F 弹=m 1m 1+m 2F 。

此“分配”与有无摩擦无关(若有摩擦，两物体与接触面间的动摩擦因数必须相同)，与两物体间有无连接物、何种连接物(轻绳、轻杆、轻弹簧)无关，而且无论物体系统处于平面、斜面还是竖直方向，此“分配”都成立。

5．关联速度连接体轻绳在伸直状态下，两端的连接体沿绳方向的速度大小总是相等。

下面三图中A 、B 两物体速度和加速度大小相等，方向不同。

关联速度连接体做加速运动时，由于加速度的方向不同，一般分别选取研究对象，对两物体分别列牛顿第二定律方程，用隔离法求解加速度及相互作用力。

专题强化四动力学中“三种”典型物理模型专题解读 1.本专题是动力学方法在三类典型模型问题中的应用，其中等时圆模型常在选择题中考查，而滑块—木板模型和传送带模型常以计算题压轴题的形式命题．2．通过本专题的学习，可以培养同学们的审题能力、建模能力、分析推理能力和规范表达等物理学科素养，针对性的专题强化，通过题型特点和解题方法的分析，能帮助同学们迅速提高解题能力．3．用到的相关知识有：匀变速直线运动规律、牛顿运动定律、相对运动的有关知识．1．两种模型(如图1)图12．等时性的证明设某一条光滑弦与水平方向的夹角为α，圆的直径为d ，如图1所示．根据物体沿光滑弦做初速度为零的匀加速直线运动，加速度为a ＝g sin α，位移为x ＝d sin α，所以运动时间为t 0＝2x a＝2d sin αg sin α＝2d g.即沿同一起点或终点的各条光滑弦运动具有等时性，运动时间与弦的倾角、长短无关．例1(2019·安徽芜湖市期末)如图2所示，PQ 为圆的竖直直径，AQ 、BQ 、CQ 为三个光滑斜面轨道，分别与圆相交于A 、B 、C 三点．现让三个小球(可以看作质点)分别沿着AQ 、BQ 、CQ 轨道自端点由静止滑到Q 点，运动的平均速度分别为v 1、v 2和v 3.则()图2A ．v 2＞v 1＞v 3B ．v 1＞v 2＞v 3C ．v 3＞v 1＞v 2D ．v 1＞v 3＞v 2答案A解析设任一斜面的倾角为θ，圆槽直径为d .根据牛顿第二定律得到：a ＝g sin θ，斜面的长度为x ＝d sin θ，则由x ＝12at 2得t ＝2x a＝2d sin θg sin θ＝2dg，可见，小球下滑到Q 点的时间与斜面的倾角无关，即t 1＝t 2＝t 3，根据v ＝xt ，因x 2＞x 1＞x 3，可知v 2＞v 1＞v 3，故选A.变式1如图3所示，竖直半圆环中有多条起始于A 点的光滑轨道，其中AB 通过环心O 并保持竖直．一质点分别自A 点沿各条轨道下滑，初速度均为零．那么，质点沿各轨道下滑至圆环的时间相比较()图3A ．无论沿图中哪条轨道下滑，所用的时间均相同B ．质点沿着与AB 夹角越大的轨道下滑，时间越短C ．质点沿着轨道AB 下滑，时间最短D ．轨道与AB 夹角越小(AB 除外)，质点沿其下滑的时间越短答案A1．水平传送带模型项目图示滑块可能的运动情况情景1①可能一直加速②可能先加速后匀速情景2①v 0>v ，可能一直减速，也可能先减速再匀速②v 0＝v ，一直匀速③v 0<v ，可能一直加速，也可能先加速再匀速情景3①传送带较短时，滑块一直减速到达左端②传送带较长时，滑块还要被传送带传回右端．若v 0>v ，返回时速度为v，若v 0<v ，返回时速度为v 02.倾斜传送带模型项目图示滑块可能的运动情况情景1①可能一直加速②可能先加速后匀速情景2①可能一直匀速②可能一直加速3.模型特点传送带问题的实质是相对运动问题，相对运动的方向将直接影响摩擦力的方向．4．解题关键(1)理清物体与传送带间的相对运动方向及摩擦力方向是解决传送带问题的关键．(2)传送带问题还常常涉及临界问题，即物体与传送带达到相同速度，这时会出现摩擦力改变的临界状态，对这一临界状态进行分析往往是解题的突破口．例2(多选)(2019·福建泉州市5月第二次质检)如图4，一足够长的倾斜传送带顺时针匀速转动．一小滑块以某初速度沿传送带向下运动，滑块与传送带间的动摩擦因数恒定，则其速度v 随时间t 变化的图象可能是()图4答案BC解析设传送带倾角为θ，动摩擦因数为μ，若mg sin θ>μmg cos θ，合力沿传送带向下，小滑块向下做匀加速运动；若mg sin θ＝μmg cos θ，沿传送带方向合力为零，小滑块匀速下滑；若mg sin θ<μmg cos θ，小滑块所受合力沿传送带向上，小滑块做匀减速运动，当减速为零时，开始反向加速，当加速到与传送带速度相同时，因为最大静摩擦力大于小滑块重力沿传送带向下的分力，故小滑块随传送带做匀速运动，A 、D 错误，B 、C 正确．变式2(多选)(2019·陕西榆林市第三次测试)如图5所示，绷紧的水平传送带足够长，且始终以v 1＝2m /s 的恒定速率顺时针运行．初速度大小为v 2＝3m/s 的小墨块从与传送带等高的光滑水平地面上的A 处滑上传送带．若从小墨块滑上传送带开始计时，小墨块在传送带上运动5s 后与传送带的速度相同，则()图5A ．小墨块未与传送带速度相同时，受到的摩擦力方向水平向右B ．小墨块的加速度大小为0.2m/s 2C ．小墨块在传送带上的痕迹长度为4.5mD ．小墨块在传送带上的痕迹长度为12.5m 答案AD解析小墨块未与传送带速度相同时，相对传送带向左运动，受到传送带的摩擦力方向水平向右，故A 正确．小墨块在摩擦力的作用下做匀变速运动，小墨块在传送带上运动5s 后与传送带的速度相同，故a ＝v 1－(－v 2)t ＝v 1＋v 2t＝1m/s 2，方向向右，故B 错误．小墨块向左做匀减速运动时，对小墨块有：0＝v 2－at 1，x 1＝0＋v 22t 1，联立解得：x 1＝4.5m ，小墨块向左减速的过程中，传送带的位移为：x 2＝v 1t 1＝6m ；小墨块向右做匀加速运动时，对小墨块有：v 1＝at 2，x 1′＝0＋v 12t 2，联立解得x 1′＝2m ，对传送带有：x 2′＝v 1t 2＝4m ，因而小墨块在传送带上的痕迹长度为：x ＝(x 1＋x 2)＋(x 2′－x 1′)＝12.5m ，故C 错误，D 正确．1．模型特点“滑块—木板”模型类问题中，滑动摩擦力的分析方法与“传送带”模型类似，但这类问题比传送带类问题更复杂，因为木板受到摩擦力的影响，往往做匀变速直线运动，解决此类问题要注意从速度、位移、时间等角度，寻找各运动过程之间的联系．2．解题关键(1)临界条件：使滑块不从木板的末端掉下来的临界条件是滑块到达木板末端时的速度与木板的速度恰好相同．(2)问题实质：“板—块”模型和“传送带”模型一样，本质上都是相对运动问题，要分别求出各物体相对地面的位移，再求相对位移．例3(2019·江苏卷·15)如图6所示，质量相等的物块A和B叠放在水平地面上，左边缘对齐．A与B、B与地面间的动摩擦因数均为μ.先敲击A，A立即获得水平向右的初速度，在B 上滑动距离L后停下．接着敲击B，B立即获得水平向右的初速度，A、B都向右运动，左边缘再次对齐时恰好相对静止，此后两者一起运动至停下．最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度为g.求：图6(1)A被敲击后获得的初速度大小v A；(2)在左边缘再次对齐的前、后，B运动加速度的大小a B、a B′；(3)B被敲击后获得的初速度大小v B.答案(1)2μgL(2)3μgμg(3)22μgL解析(1)由牛顿第二定律知，A加速度的大小a A＝μg由匀变速直线运动规律得2a A L＝v A2解得v A＝2μgL；(2)设A、B的质量均为m对齐前，B所受合外力大小F＝3μmg由牛顿第二定律F＝ma B，得a B＝3μg对齐后，A、B所受合外力大小F′＝2μmg由牛顿第二定律F′＝2ma B′，得a B′＝μg；(3)设经过时间t，A、B达到共同速度v，位移分别为x A、x B，A加速度的大小为a A则v＝a A t，v＝v B－a B tx A＝12a A t2，x B＝v B t－12a B t2且x B－x A＝L解得v B＝22μgL.变式3(2019·贵州毕节市适应性监测(三))一长木板置于粗糙水平地面上，木板右端放置一小物块，如图7所示．木板与地面间的动摩擦因数μ1＝0.1，物块与木板间的动摩擦因数μ2＝0.4.t ＝0时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向墙壁运动，当t ＝1s 时，木板以速度v 1＝4m /s 与墙壁碰撞(碰撞时间极短)．碰撞前后木板速度大小不变，方向相反．运动过程中小物块第一次减速为零时恰好从木板上掉下．已知木板的质量是小物块质量的15倍，重力加速度大小g 取10m/s 2.求：图7(1)t ＝0时刻木板的速度；(2)木板的长度l .答案(1)5m/s(2)163m 解析(1)对木板和物块：μ1(M ＋m )g ＝(M ＋m )a 1设初始时刻木板速度为v 0由运动学公式：v 1＝v 0－a 1t 0代入数据解得：v 0＝5m/s (2)碰撞后，对物块：μ2mg ＝ma 2对物块，当速度为0时，经历时间t ，发生位移x 1，则有v 1＝a 2t ，x 1＝v 12t对木板，由牛顿第二定律：μ2mg ＋μ1(M ＋m )g ＝Ma 3对木板，经历时间t ，发生位移x 2x 2＝v 1t －123t 2木板长度l ＝x 1＋x 2联立并代入数据解得l ＝163m.1．(等时圆模型)(2020·广东东莞市质检)如图8所示，AB 和CD 为两条光滑斜槽，它们各自的两个端点均分别位于半径为R 和r 的两个相切的圆上，且斜槽都通过切点P .设有一重物先后沿两个斜槽从静止出发，由A 滑到B 和由C 滑到D ，所用的时间分别为t 1和t 2，则t 1与t 2之比为()图8A ．2∶1B ．1∶1C.3∶1D ．1∶3答案B2．(传送带模型)(多选)(2020·湖北黄冈市模拟)机场使用的货物安检装置如图9所示，绷紧的传送带始终保持v ＝1m /s 的恒定速率运动，AB 为传送带水平部分且长度L ＝2m ，现有一质量为m ＝1kg 的背包(可视为质点)无初速度地放在水平传送带的A 端，可从B 端沿斜面滑到地面．已知背包与传送带间的动摩擦因数μ＝0.5，g ＝10m /s 2，下列说法正确的是()图9A ．背包从A 运动到B 所用的时间为2.1s B ．背包从A 运动到B 所用的时间为2.3sC ．背包与传送带之间的相对位移为0.3mD ．背包与传送带之间的相对位移为0.1m 答案AD解析背包在水平传送带上由滑动摩擦力产生加速度，μmg ＝ma ，得a ＝5m /s 2，背包达到速度v＝1m /s 所用时间t 1＝v a ＝0.2s ，此过程背包相对地面位移x 1＝v 2t 1＝12×0.2m ＝0.1m<L ＝2m ，则此后背包与传送带共速，共速后背包与传送带相对静止，没有相对位移，所以背包与传送带的相对位移为Δx ＝v t 1－x 1＝1×0.2m －0.1m ＝0.1m ，背包匀速运动的时间t 2＝L －x 1v ＝2－0.11s＝1.9s ，所以背包从A 运动到B 所用的时间为：t ＝t 1＋t 2＝2.1s ，故A 、D 正确．3.(板块模型)(多选)(2016·江苏卷·9)如图10所示，一只猫在桌边猛地将桌布从鱼缸下拉出，鱼缸最终没有滑出桌面，若鱼缸、桌布、桌面两两之间的动摩擦因数均相等，则在上述过程中()图10A．桌布对鱼缸摩擦力的方向向左B．鱼缸在桌布上的滑动时间和在桌面上的相等C．若猫增大拉力，鱼缸受到的摩擦力将增大D．若猫减小拉力，鱼缸有可能滑出桌面答案BD解析桌布对鱼缸摩擦力的方向向右，A项错误；各接触面间的动摩擦因数为μ，鱼缸的质量为m，由牛顿第二定律可得鱼缸在桌布和桌面上滑动的加速度大小相同，均为a＝μg，鱼缸离开桌布时的速度为v，则鱼缸在桌布上和在桌面上滑动时间均为t＝vμg，B项正确；猫增大拉力时，鱼缸受到的摩擦为F f＝μmg不变，C项错误；若猫减小拉力，鱼缸在桌布上加速运动的时间变长，离开桌布时的速度v＝μgt增大，加速运动的位移x1＝12μgt2增大，且鱼缸在桌面上减速滑行的位移x2＝v22μg也增大，则鱼缸有可能滑出桌面，D项正确．4．(板块模型)(2019·江苏四星级高中一调)如图11所示，一质量m1＝0.2kg足够长的平板小车静置在光滑水平地面上，质量m2＝0.1kg的小物块(可视为质点)置于小车上A点，其与小车间的动摩擦因数μ＝0.4，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力．现给小物块一个方向水平向右、大小为v0＝6m/s的初速度，同时对小物块施加一个方向水平向左、大小为F＝0.6N的恒力．取g＝10m/s2.求：图11(1)初始时刻，小车和小物块的加速度大小；(2)经过多长时间小物块与小车速度相同？此时速度为多大？(3)小物块向右运动的最大位移．答案(1)2m/s210m/s2(2)0.5s1m/s(3)2m解析(1)小物块受到向左的恒力和滑动摩擦力做匀减速运动，小车受摩擦力向右做匀加速运动．设小车和小物块的加速度大小分别为a1、a2，由牛顿第二定律得：对小车：μm2g＝m1a1解得：a1＝2m/s2对小物块：F＋μm2g＝m2a2解得：a2＝10m/s2(2)设经过时间t小车与小物块速度相同，设速度为v1，由运动学公式得对小车v1＝a1t对小物块：v1＝v0－a2t解得：t＝0.5sv1＝1m/s(3)假设当两者达到共同速度后相对静止，系统只受恒力F作用，设系统的加速度大小为a3，则由牛顿第二定律得F＝(m1＋m2)a3解得：a3＝2m/s2此时小车所需要的静摩擦力为F f＝m1a3＝0.4N因为F f＝0.4N＝F fm＝μm2g，所以两者将一起向右做匀减速运动.小物块第一段的位移：x1＝v12－v02－2a2＝1.75m小物块第二段的位移：x2＝－v12－2a3＝0.25m所以，小物块向右运动的最大位移为：x m＝x1＋x2＝2m.1.如图1所示，ad、bd、cd是竖直面内三根固定的光滑细杆，a、b、c、d位于同一圆周上，a点为圆周的最高点，d点为圆周的最低点．每根杆上都套着一个小滑环(图中未画出)，三个滑环A、B、C分别从a、b、c处由静止开始释放，用t1、t2、t3依次表示滑环A、B、C到达d点所用的时间，则()图1A．t1<t2<t3B．t1>t2>t3C．t3>t1>t2D．t1＝t2＝t3答案D解析如图所示，滑环在下滑过程中受到重力mg和杆的支持力F N作用．设杆与水平方向的夹角为θ，根据牛顿第二定律有mg sinθ＝ma，得加速度大小a＝g sinθ.设圆周的直径为D，则滑环沿杆滑到d 点的位移大小x ＝D sin θ，由x ＝12at 2，解得t ＝2Dg.可见，滑环滑到d 点的时间t 与杆的倾角θ无关，即三个滑环滑到d 点所用的时间相等，选项D 正确．2.(多选)(2020·河南周口市调研)如图2所示，质量M ＝2kg 的足够长木板静止在光滑水平地面上，质量m ＝1kg 的物块静止在长木板的左端，物块和长木板之间的动摩擦因数μ＝0.1，最大静摩擦力等于滑动摩擦力，重力加速度g 取10m/s 2.现对物块施加一水平向右的恒力F ＝2N ，则下列说法正确的是()图2A ．物块和长木板之间的摩擦力为1NB ．物块和长木板相对静止一起加速运动C ．物块运动的加速度大小为1m/s 2D ．拉力F 越大，长木板的加速度越大答案AC解析物块对长木板的摩擦力使木板运动，当M 与m 之间达到最大静摩擦力时，发生相对滑动，设此时水平恒力为F 0，由牛顿第二定律有a ＝F 0－μmg m ＝F 0M ＋m ＝μmg M ，解得F 0＝1.5N ．因F ＝2N>F 0＝1.5N ，故两者有相对滑动，物块和长木板之间为滑动摩擦力，有F f ＝μmg ＝1N ，故A 正确，B 错误；对物块，由牛顿第二定律F －μmg ＝ma 1，可得a 1＝1m/s 2，故C 正确；拉力F 越大，物块的合力越大，则加速度越大，但长木板受到的滑动摩擦力为1N ，保持恒定，则相对滑动时木板的加速度恒定为a 2＝μmgM＝0.5m/s 2，故D 错误．3．(多选)(2019·江西上饶市重点中学六校第一次联考)如图3所示，长木板放置在水平面上，一小物块置于长木板的中央，长木板和物块的质量均为m ，物块与木板间的动摩擦因数为μ，木板与水平面间动摩擦因数为μ4，已知最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，重力加速度为g .现对物块施加一水平向右的拉力F ，则木板加速度a 大小可能是()图3A ．0B.2μg 3C.μg2D.F 2m －μg 4答案ACD 解析若F 较小时，木板和物块均静止，则木板的加速度为零，选项A 正确；若物块和木板之间不发生相对滑动，物块和木板一起运动，对木板和物块的整体，根据牛顿第二定律可得：F －μ4·2mg ＝2ma ，解得：a ＝F 2m －14μg ，选项D 正确；若物块和木板之间发生相对滑动，对木板，水平方向受两个摩擦力的作用，根据牛顿第二定律，有：μmg －μ4·2mg ＝ma ，解得：a ＝μg 2，选项C 正确．4．(多选)(2019·河南天一大联考上学期期末)如图4甲所示，一滑块置于足够长的长木板左端，木板放置在水平地面上．已知滑块和木板的质量均为2kg ，现在滑块上施加一个F ＝0.5t (N)的变力作用，从t ＝0时刻开始计时，滑块所受摩擦力随时间变化的关系如图乙所示．设最大静摩擦力与滑动摩擦力相等，重力加速度g 取10m/s 2，则下列说法正确的是()图4A ．滑块与木板间的动摩擦因数为0.4B ．木板与水平地面间的动摩擦因数为0.2C ．图乙中t 2＝24sD ．木板的最大加速度为2m/s 2答案ACD 解析由题图乙可知，滑块与木板之间的滑动摩擦力为8N ，则滑块与木板间的动摩擦因数为μ＝F fm mg ＝820＝0.4，选项A 正确．由题图乙可知t 1时刻木板相对地面开始滑动，此时滑块与木板相对静止，则木板与水平地面间的动摩擦因数为μ′＝F f ′2mg ＝440＝0.1，选项B 错误．t 2时刻，滑块与木板将要产生相对滑动，此时滑块与木板间的摩擦力达到最大静摩擦力F fm ＝8N ，此时两物体的加速度相等，且木板的加速度达到最大，则对木板：F fm －μ′·2mg ＝ma m ，解得a m ＝2m/s 2；对滑块：F －F fm ＝ma m ，解得F ＝12N ，则由F ＝0.5t (N)可知，t ＝24s ，选项C 、D 正确．5．(2020·辽宁沈阳市质检)如图5所示，一足够长的木板在粗糙水平地面上向右运动．某时刻速度为v 0＝2m /s ，此时一与木板质量相等的小滑块(可视为质点)以v 1＝4m /s 的速度从右侧向左滑上木板，经过1s 两者速度恰好相同，速度大小均为v 2＝1m /s ，方向均向左．取重力加速度g ＝10m /s 2，试求：图5(1)木板与滑块间的动摩擦因数μ1；(2)木板与地面间的动摩擦因数μ2；(3)从滑块滑上木板，到最终两者速度恰好相同的过程中，滑块相对木板的位移大小．答案(1)0.3(2)0.05(3)2.75m 解析(1)设以向左为正方向，对小滑块分析，其加速度为：a 1＝v 2－v 1t＝1－41m /s 2＝－3m/s 2，负号表示加速度方向向右设小滑块的质量为m ，对小滑块，根据牛顿第二定律有：－μ1mg ＝ma 1，可以得到：μ1＝0.3；(2)对木板分析，向右减速到速度为0的运动过程，根据牛顿第二定律以及运动学公式可以得到：μ1mg ＋μ2·2mg ＝m v 0t 1向左由0加速到v 2的运动过程，根据牛顿第二定律以及运动学公式可以得到：μ1mg －μ2·2mg ＝m v 2t 2而且t 1＋t 2＝t ＝1s联立可以得到：μ2＝0.05，t 1＝0.5s ，t 2＝0.5s ；(3)木板向右减速到速度为0的运动过程，其向右运动的位移大小为：x 1＝0＋v 02·t 1＝0.5m ，方向向右；木板向左加速到v 2的运动过程，其向左运动的位移大小为：x 2＝v 2＋02·t 2＝0.25m ，方向向左；在整个t ＝1s 时间内，小滑块向左做减速运动，其位移大小为：x ＝v 1＋v 22·t ＝2.5m ，方向向左；则整个过程中滑块相对木板的位移大小为：Δx ＝x ＋x 1－x 2＝2.75m.。