物理学中整体法与隔离法
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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:因此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。
二、隔离法与整体法隔离法与整体法是在分析物理问题时常用的一种方法,主要指的是选研究对象的问题。
我们在研究两个或两个以上相关连物体时,常常可以取整体为研究对象称为整体法;我们也可以取某一物体为研究对象,称为隔离法。
这两种方法广泛地应用在受力分析、动量定理、动量守恒、动能定理、机械能守恒等问题中。
在处理问题时,研究对象选好会使问题简化,反之,会使问题复杂化,甚至使问题无法解决。
例题分析:在连接体中的应用:例1:如图所示,木块A 、B 质量分别为m 、M ,用一轻绳连接,在水平力F 的作用下沿光滑水平面加速运动,求A 、B 间轻绳的张力fABF分析:A 、B 有相同的运动状态,可以以整体为研究对象。
求A 、B 间作用力可以A 为研究对象。
对整体 F=(M+m )a对木块A f=ma说明:当处理两个或两个以上物体的情况时可以取整体为研究对象,也可以以个体为研究对象,特别是在系统有相同运动状态时在动量、能量问题中的应用:例2:质量分别为M 、m 的铁块、木块在水中以速度v 匀速下沉,某时刻细绳突然断裂,当木块速度为0时,求铁块的速度。
分析:以铁块、木块组成的系统为研究对象,在绳断前、断后所受合外力均为零,所以系统动量守恒。
根据题意有:(M+m )v=Mv’变化:上题中如系统以加速度a 加速下沉,当速度为v 时细绳突然断裂,过时间t 后木块速度为0,求此时铁块的速度。
分析:以系统为研究对象,在绳断前、断后系统所受合外力不变,为:(M+m)a根据动量定理有:(M+m)at=Mv’-(m+M)v例3:质量为m 、带电量为+q 的甲乙两小球,静止于水平面上,相距L 。
某时刻由静止释放,且甲球始终受一恒力F 作用,过t 秒后两球距离最短(1)求此时两球的速度(2)若甲球速度达到最大时,两球相距L/2,求开始运动时甲乙两球的加速度之比。
F分析:(1)以系统为研究对象,根据动量定理有:Ft=2mv(2)以甲球为研究对象,甲球速度最大时其所受合力为0,所以,此时两球间库仑力F’=F ,则开始时两球间库仑力为F’/4。
受力分析、物体的平衡1.隔离法:将某物体从周围物体中隔离出来,单独分析该物体所受到的各个力,称为隔离法。
隔离法的原则:把相连结的各个物体看成一个整体,如果要分析的是整体内物体间的相互作用力(即内力),就要把跟该力有关的某物体隔离出来。
当然,对隔离出来的物体而言,它受到的各个力就应视为外力了。
2.整体法:把相互连结的几个物体视为一个整体(系统),从而分析整体外的物体对整体中各个物体的作用力(外力),称为整体法。
整体法的基本原则:(1)当整体中各物体具有相同的加速度(加速度不相同的问题,中学阶段不建议采用整体法)或都处于平衡状态(即a =0)时,命题要研究的是外力,而非内力时,选整体为研究对象。
(2)整体法要分析的是外力,而不是分析整体中各物体间的相互作用力(内力)。
(3)整体法的运用原则是先避开次要矛盾(未知的内力)突出主要矛盾(要研究的外力)这样一种辨证的思想。
3.整体法、隔离法的交替运用对于连结体问题,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,当然个别情况也可先隔离(由已知内力解决未知外力)再整体的相反运用顺序。
考点二:共点力作用下物体的平衡1.平衡状态一个物体在力的作用下保持静止或匀速直线运动状态,就说这个物体处于平衡状态.如光滑水平面上做匀速直线滑动的物块、沿斜面匀速直线下滑的木箱、天花板上悬挂的吊灯等,这些物体都处于平衡状态.2.共点力的平衡条件 在共点力作用下物体的平衡条件是合力为零,即0F =合。
3.平衡条件的推论(1)如果物体在两个力的作用下处于平衡状态,这两个力必定大小相等、方向相反,为一对平衡力。
(2)如果物体在三个力的作用下处于平衡状态,其中任意两个力的合力一定与第三个力大小相等、方向相反。
(3)如果物体受多个力作用而处于平衡状态,其中任何一个力与其他力的合力大小相等、方向相反。
(4)当物体处于平衡状态时,沿任意方向物体所受的合力均为零。
专题3 整体法与隔离法1. 整体法和隔离法:连接体、叠加问题首先想到整体隔离法,尤其是求底层物体与地面、墙壁等接触的摩擦力与弹力问题时,优先选择整体法,对于力少的物体采用隔离法分析;①初级整体法:系统各个物体都处于平衡状态,例如一个物体匀速,一个静止,分析整体合力为0;②中级整体法:系统各个物体有共同的加速度,一般先隔离系统一部分求到加速度,再对整体用牛二;(牛顿定律中会详细分析)③一些物体是平衡的,一些物体有加速度;∑ F 外⋅⋅⋅+++= 332211a m a m a m或者∑ F 外x ⋅⋅⋅+++=3x 32x 21x 1a m a m a m , ∑F 外y ⋅⋅⋅+++= 3y 32y 21y 1a m a m a m 。
2.整体法的口诀整体法的三个层次:初级-中级-高级外力整体内隔离,优先分析简单体;初级整体都平衡,中级整体共加速;高级整体随意用,矢量性与系统性。
注意:内力与外力、天生的外力初级整体例1.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.3∶4B.4∶3C.1∶2D.2∶1例2.质量均为m的a、b两木块叠放在水平面上,如图3所示,a受到斜向上与水平面成θ角的力F 作用,b受到斜向下与水平面成θ角等大的力F作用,两力在同一竖直平面内,此时两木块保持静止,则()A.b对a的支持力一定等于mgB.水平面对b的支持力可能大于2mgC.a、b之间一定存在静摩擦力D.b与水平面之间可能存在静摩擦力例3.a、b两个质量相同的球用线连接,a球用线挂在天花板上,b球放在光滑斜面上,系统保持静止,以下图示哪个是正确的()例4.(多选)如图所示,质量为m、顶角为α的直角劈和质量为M的正方体放在两竖直墙和一水平面间,处于静止状态。
若不计一切摩擦,则()A.水平面对正方体的弹力大小为(M+m)gB.墙面对正方体的弹力大小为mgtan αC.正方体对直角劈的弹力大小为mg cos αD.直角劈对墙面的弹力大小为mg sin α例5.如图所示,两个光滑金属球a、b置于一个桶形容器中,两球的质量m a>m b,对于图中的两种放置方式,下列说法正确的是()A.两种情况对于容器左壁的弹力大小相同B.两种情况对于容器右壁的弹力大小相同C.两种情况对于容器底部的弹力大小相同D.两种情况两球之间的弹力大小相同例6.如图所示,水平地面粗糙,竖直墙面光滑,A是一个光滑圆球,B是与A半径相等的半圆球,A、B均保持静止。
专题3 整体法与隔离法1. 整体法和隔离法:连接体、叠加问题首先想到整体隔离法,尤其是求底层物体与地面、墙壁等接触的摩擦力与弹力问题时,优先选择整体法,对于力少的物体采用隔离法分析;①初级整体法:系统各个物体都处于平衡状态,例如一个物体匀速,一个静止,分析整体合力为0;②中级整体法:系统各个物体有共同的加速度,一般先隔离系统一部分求到加速度,再对整体用牛二;(牛顿定律中会详细分析)③一些物体是平衡的,一些物体有加速度;∑ F 外⋅⋅⋅+++= 332211a m a m a m或者∑ F 外x ⋅⋅⋅+++=3x 32x 21x 1a m a m a m , ∑F 外y ⋅⋅⋅+++= 3y 32y 21y 1a m a m a m 。
2.整体法的口诀整体法的三个层次:初级-中级-高级外力整体内隔离,优先分析简单体;初级整体都平衡,中级整体共加速;高级整体随意用,矢量性与系统性。
注意:内力与外力、天生的外力初级整体例1.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.3∶4B.4∶3C.1∶2D.2∶1例2.质量均为m的a、b两木块叠放在水平面上,如图3所示,a受到斜向上与水平面成θ角的力F 作用,b受到斜向下与水平面成θ角等大的力F作用,两力在同一竖直平面内,此时两木块保持静止,则()A.b对a的支持力一定等于mgB.水平面对b的支持力可能大于2mgC.a、b之间一定存在静摩擦力D.b与水平面之间可能存在静摩擦力例3.a、b两个质量相同的球用线连接,a球用线挂在天花板上,b球放在光滑斜面上,系统保持静止,以下图示哪个是正确的()例4.(多选)如图所示,质量为m、顶角为α的直角劈和质量为M的正方体放在两竖直墙和一水平面间,处于静止状态。
若不计一切摩擦,则()A.水平面对正方体的弹力大小为(M+m)gB.墙面对正方体的弹力大小为mgtan αC.正方体对直角劈的弹力大小为mg cos αD.直角劈对墙面的弹力大小为mg sin α例5.如图所示,两个光滑金属球a、b置于一个桶形容器中,两球的质量m a>m b,对于图中的两种放置方式,下列说法正确的是()A.两种情况对于容器左壁的弹力大小相同B.两种情况对于容器右壁的弹力大小相同C.两种情况对于容器底部的弹力大小相同D.两种情况两球之间的弹力大小相同例6.如图所示,水平地面粗糙,竖直墙面光滑,A是一个光滑圆球,B是与A半径相等的半圆球,A、B均保持静止。
浅谈高中物理教学中的隔离法与整体法隔离法与整体法是高中物理教学中常用的思维方法,所谓隔离法,就是把所研究的对象从整体或系统中隔离出来进行研究,这种方法称为隔离法。
所谓整体法,就是将整个系统看做一个整体,对系统进行整体研究,这种方法称为整体法。
下面就其应用介绍如下。
一、隔离法的应用1.物块a和b用轻绳相连后悬挂在轻弹簧下端静止不动,如图(甲)所示;连接a和b的绳子被烧断后,a上升到某一位置时速度的大小为v,这时b的下落速度大小为u,如图(乙)所示。
已知a和b的质量分别为m和m。
从甲状态到乙状态的过程中,弹簧的弹力作用于物块a的冲量等于多少?解:设弹力对a的冲量为i,取向上为正方向,根据动量定理:对a物体:i-mgt=mv-0(1)对b物体:-mgt=m(-u)-0(2)由(2)式得:t=,代入(1)式得:i=m(v+u)a、b都停止时相距s,s=l+s0+sa-sb=l+s02.如图所示,在真空中,匀强电场的方向竖直向下,匀强磁场方向垂直纸面向里,三个油滴a、b、c带有等量的同种电荷,已知a静止,b向右匀速运动,c向左匀速运动,比较他们的质量应有()a.a油滴质量最大b.b油滴质量最大c.c油滴质量最大d.abc质量一样大解:对于a粒子:ma g=qe ma=qe/g对于b粒子:mbg+qvb=qemb=q(e-vb)/g对于c粒子:mcg=qvb+qemc=q(e+vb)/g故mc>ma>mb二、整体法的运用3.质量为m的木块在光滑水平面上以速度v1向右运动,质量为m的子弹以速度v2水平向左射入木块,要使木块停下来,必须发射子弹数目为(子弹留在木块中不穿出)()a.b.c.d.解:以n颗子弹和m组成的系统动量守恒,n颗子弹入射前为初状态,子弹入射后木块停下来为末状态,以子弹方向为正。
nmv2=m-v1=0 n=4.在粗糙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m1和m2的木块,m1>m2,如图所示。
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。
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。
受力分析—隔离法与整体法一、物体受力分析方法把指定的研究对象在特定的物理情景中所受到的所有外力找出来,并画出受力图,就是受力分析。
对物体进行正确地受力分析,是解决好力学问题的关键。
1、受力分析的顺序:先找重力,再找接触力(弹力、摩擦力),最后分析其它力(场力、浮力等)2、受力分析的几个步骤.①灵活选择研究对象②对研究对象周围环境进行分析③审查研究对象的运动状态:根据它所处的状态有时可以确定某些力是否存在或对某些力的方向作出判断.④根据上述分析,画出研究对象的受力分析示意图;把各力的方向、作用点(线)准确地表示出来.3、受力分析的三个判断依据:①从力的概念判断,寻找施力物体;②从力的性质判断,寻找产生原因;③从力的效果判断,寻找是否产生形变或改变运动状态。
二、隔离法与整体法1、整体法:以几个物体构成的整个系统为研究对象进行求解的方法。
在许多问题中可以用整体法比较方便,但整体法不能求解系统的内力。
(区分内力和外力,对几个物体的整体进行受力分析时,这几个物体间的作用力为内力,不能在受力图中出现,当把某一物体单独隔离分析时,原来的内力变成了外力,要画在受力图上。
)2、隔离法:把系统分成若干部分并隔离开来,分别以每一部分为研究对象进行受力分根据地,分别列出方程,再联立求解的方法。
3、通常在分析外力对系统作用时,用整体法;在分析系统内各物体之间的相互作用时,用隔离法。
有时在解答一个问题时要多次选取研究对象,需要整体法与隔离法交叉使用注意:实际问题中整体法与隔离法要结合起来灵活运用........。
........................,通常先整体后隔离三、例题例1.在粗糙的水平面上有一个三角形木块,在它的两个粗糙的斜面上分别放置两个质量为m1和m2的木块,m m,12如图1所示,已知三角形木块和两个物体都是静止的,则粗糙水平面对三角形木块()A. 有摩擦力作用,方向水平向右;B. 有摩擦力作用,方向水平向左;C. 有摩擦力作用,但方向不确定;图1D. 以上结论都不对。
物理学中整体法与隔离法【高考展望】本专题主要讨论利用整体法与隔离法分析解决物理问题的方法。
整体法与隔离法是高中物理的基础知识,是高中物理中处理物理问题的常用方法和重要方法,也是历年高考热点。
整体法与隔离法不仅适用于静力学和牛顿运动定律,而且在动量定理、动量守恒定律、动能定理、机械能守恒定律、能量的转化和守恒定律、热学、电学、光学中均可应用。
【知识升华】有相互作用的两个物体或两个以上的物体所组成的比较复杂的系统,分析和解答这类问题,确定研究对象是关键。
对系统内的物体逐个隔离进行分析的方法称为隔离法;把整个系统作为一个对象进行分析的方法称为整体法。
在解决具体物理问题的时候,整体法的优点是只须分析整个系统与外界的关系,避开了系统内部繁杂的相互作用,更简洁、更本质的展现出物理量间的关系.缺点是无法讨论系统内部的情况。
一般来说,能用整体法的时候,优先使用整体法,这样便于减少计算量。
隔离法的优点在于能把系统内各个物体所处的状态、物体状态的变化的原因以及物体间相互作用关系分析清楚,能把物体在系统内与其他物体相互作用的内力转化为物体所受的外力,以便应用牛顿第二定律进行求解。
【方法点拨】隔离法的缺点是涉及的因素多、比较繁杂。
一般地说,对于不要求讨论系统内部情况的,首选整体法,解题过程简明、快捷;要讨论系统内部情况的,那么就必须运用隔离法了。
实际应用中,隔离法和整体法往往同时交替使用。
这种交替使用,往往是解决一些难题的关键和求解基础。
【典型例题】类型一、整体法和隔离法在平衡状态中的应用例1、(2014 浙江省金华市联考) 如图所示,质量为M、半径为R的半球形物体A放在水平地面上,通过最高点处的钉子用水平细线拉住一质量为m、半径为r的光滑球B.则()A.A对地面的压力等于(M+m)gB.A对地面的摩擦力方向向左C.B对A的压力大小为R rmg RD.细线对小球的拉力大小为r mg R【答案】AC【解析】以A、B整体为研究对象可知A对地面的压力等于(M+m)g,选项A正确;A、B整体在水平方向没有发生相对运动,也没有相对运动的趋势,A对地面没有摩擦力,选项B错误;以B为研究对象,进行受力分析可知:F2cosθ=mg,F1=mg tanθ,解得B对A的压力大小2R mg F r R+=,细线对小球的拉力大小1F =,选项C 正确,选项D 错误. 举一反三【变式】在粗糙水平面上有一个三角形木块,在它的两个粗糙斜面上分别放两个质量m 1和m 2的物体P 和Q ,如图所示.若两物体分别沿左右两斜面匀速下滑过程中,三角形木块静止,则粗糙水平面对三角形木块的下列正确中的是( )A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左 、m 、θ、θ的数值并来给出B. 0.4C. 0.5 A【思路点拨】“将木板B 从木箱A 下面匀速抽出A 、B 整体受力分析如图乙,由题意得2c o sf F F θ+= ④ 2sinN T F F θ+222N F μ= ⑥【变式1】如图所示,轻绳的一端系在质量为物体上,另一端系在一个轻质圆环上,圆环套子在粗糙水平杆MN 上,现用水平力F 拉绳上一点,使物体处于图中实线位置,然后改变F 的大小使其缓慢下降到图中虚线位置,圆环仍在原来的位置不动,则在这一过程中,水平拉力F 、环与杆的摩擦力F f 和环对杆的压力F N 的变化情况是( )A .F 逐渐增大,F f 保持不变,F N 逐渐增大B .F 逐渐增大,F f 逐渐增大,F N 保持不变C .F 逐渐减小,F f 逐渐增大,F N 逐渐减小D .F 逐渐减小,F f 逐渐减小,F N 保持不变【答案】D【解析】竖直方向受力较少,整体在竖直方向受两个力:重力竖直向下,环对杆的支持力必然向上,F N =mg ,所以环对杆的压力F N 保持不变。
再隔离开来看水平方向,作受力图θ减小,竖直方向:cos T F mg θ=,绳拉力F T 减小;水平方向:sin T F F θ=,则力 F 减小;再用整体法看水平方向, F=F f ,所以摩擦力F f 逐渐减小。
故正确选项为D 。
【高清课堂:牛顿第一定律、牛顿第三定律例3】【变式2】如图所示,四块质量均为m 的木块A 、B 、C 、D 被两块相同的竖直木板静止夹住。
则( )A. B 施于A 的静摩擦力大小为mg ,方向向下B.木板施于D 的静摩擦力大小为2mg, 方向向下C. C 受到静摩擦力的合力大小为mg ,方向向上D. C 施于B 的静摩擦力为0 【答案】ACD【解析】 首先对四个物体整体分析,受力如图1,2f mg =,木板施于D 的静摩擦力大小为2mg , 方向向上,B 错。
对A ,取A 为研究对象受力如图2,A 要平衡,右侧必然受向下的静摩擦力(等于mg ),A 正确。
对C 选项,C 处于静止,合力为零,受力如图3,C 受到静摩擦力的合力大小应等于C 的重力,方向向上。
C 正确。
对D 选项,分析B 受力,受力如图4,B 受重力,A 对它的摩擦力大小为mg ,方向向上, 可见B 已经平衡了,所以C 对B 没有静摩擦力,D 正确。
类型二、整体法和隔离法在动力学问题中的应用由于系统内物体间没有相对运动,即整体内每个物体都具有相同的速度和加速度,这是整体所受的合力提供整体运动的加速度。
这种情况利用整体法,更容易把握整体的受力情况和整体的运动特点。
对于“连接体”求相互作用力问题,先利用整体法求出加速度,再利用隔离法求出相互作用力。
例3、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 的木块间用不可伸长的轻绳相连,木块间的最大静摩擦力是mg μ,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( )A.35mg μ34mg μ C.32mg μ D. 3mg μ【答案】B【思路点拨】求“轻绳对m 的最大拉力”是典型的“连接体”问题,应该应用整体法和隔离法求解。
【解析】先利用整体法:以四个木块为研究对象,由牛顿第二定律得6F ma = ① 再利用隔离法:绳的拉力最大时,m 与2m 间的摩擦力刚好为最大静摩擦力mg μ, 以2m (右边的)为研究对象,受力图如图,则2F mg ma μ-= ②由于根据① ②不能求出轻绳对m 的最大拉力,再隔离右上方的m ,对其进行受力分析如图有 mg T ma μ-= ③,联立以上三式得34T mg μ= 故B 正确。
【总结升华】应明确解题思路:应用整体法和隔离法求解;理解“最大拉力”与“最大静摩擦力”相对应。
举一反三【变式1】如图所示,水平地面上两个完全相同的物体A 和B 紧靠在一起,在水平推力F 的作用下运动,F AB 代表A 、B 间的作用力,则( )A.若地面是完全光滑的,则F AB =FB.若地面是完全光滑的,则12AB F F = C.若地面的动摩擦因数为μ,则F AB =FD.若地面的动摩擦因数为μ,则12AB F F =【答案】BD【解析】设物体的质量为m ,且与地面间有摩擦,A 、B 加速度相同,以整体为研究对象, 由牛顿第二定律有22F mg ma μ-=,隔离B ,由牛顿第二定律有AB F mg ma μ-= 联立解得12AB F F =. 若地面是完全光滑的,同理12AB F F =.故选项BD 正确。
【变式2】光滑的水平面上叠放有质量分别为m 和m /2的两木块。
下方木块与一劲度系数为k 的弹簧相连,弹簧的另一端固定在墙上,如图所示。
已知两木块之间的最大静摩擦力为f ,为使这两个木块组成的系统象一个整体一样地振动,系统的最大振幅为( )A .f kB .2f kC .3f kD .4f k【答案】C【解析】物体做简谐运动,取整体为研究对象,弹簧的弹力充当回复力。
取上面的小物块为研究对象,则是由静摩擦力充当回复力。
当两物体间的摩擦力达到最大静摩擦力时,两物体达到了简谐运动的最大振幅。
又因为两个物体具有共同的加速度,根据牛顿第二定律对小物体有12f ma =,取整体有1()2kx m m a =+,两式联立可得3f x k=,答案为C 。
类型三、整体法和隔离法在动能定理、能量转化和守恒定律中的应用例4、(2015 福建卷)如图,质量为M 的小车静止在光滑的水平面上,小车AB 段是半径为R 的四分之一圆弧光滑轨道,BC 段是长为L 的水平粗糙轨道,两段轨道相切于B 点,一质量为m 的滑块在小车上从A 点静止开始沿轨道滑下,重力加速度为g 。
(1)若固定小车,求滑块运动过程中对小车的最大压力;(2)若不固定小车,滑块仍从A 点由静止下滑,然后滑入BC 轨道,最后从C 点滑出小车,已知滑块质量2M m =,在任一时刻滑块相对地面速度的水平分量是小车速度大小的2倍,滑块与轨道BC 间的动摩擦因数为μ,求:①滑块运动过程中,小车的最大速度v m ;②滑块从B 到C 运动过程中,小车的位移大小s 。
【答案】:(1)3mg (2)①m v =②s=L /3 【解析】(1)由图知,滑块运动到B 点时对小车的压力最大,从A 到B ,根据动能定理:2102B mgR mv =- 在B 点: 2B N v F mg m R-= 联立解得: F N =3mg ,根据牛顿第三定律得,滑块对小车的最大压力为3mg(2)①若不固定小车, 滑块到达B 点时,小车的速度最大,根据动量守恒可得:mv ′=Mv m从A 到B ,根据能量守恒:22m 1122mgR mv Mv ='+联立解得:m v =②设滑块到C 处时小车的速度为v ,则滑块的速度为2v ,根据能量守恒:2211(2)22mgR m v Mv mgL μ=++解得:v =小车的加速度:12mg a g M μμ== 根据22m 2v v as -= 解得:s=L /3举一反三【变式】如图所示,A 、B 是位于水平面上的质量相等的小滑块,离墙壁距离分别为2L 和L ,与水平面间的动摩擦因数均为μ,今给A 以某一向左的初速度使A 向左滑动,假定A 、B 之间及B 与墙壁之间的碰撞时间很短,且均无能量损失,若要使A 始终不向右滑动,A 的初速度最大不超过多大?【答案】0v 【解析】A 以0v 向左作匀减速运动,与B 碰后速度交换,A 静止,B 以0v 向左作匀减速运动,与墙碰后向右作匀减速运动,若B 运动到A 处速度刚好减为零,则0v 就是使A 始终不向右滑动的最大速度.用整体法考虑,研究对象取A 、B 组成的系统,研究过程取从A 开始运动到B 刚好停止的全过程.由动能定理得201202mgL mg L mv μμ--⋅=-解得0v = 说明:①本题整体综合分析了研究对象和运动的全过程.②动能定理(以及动量定理)一般适用于一个物体,但也适用于一个物体系.利用动能定理整体法解题时,要注意系统内力做功之和必须为零,否则系统外力做功之和不等于系统的动能增量.类型四、整体法和隔离法在动量定理、动量守恒定律中的应用当所求的物理量只涉及运动的全过程而不必分析某一阶段的运动情况时,可通过整体研究运动的全过程解决问题。