高中物理讲义:整体法、隔离法的应用(基础)
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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。
物体的受力分析(隔离法与整体法)、正交分解一、物体受力分析方法(1)意义(重要性):对物体进行受力分析是解题的基础,它贯穿于整个高中物理。
受力分析是解决力学问题的基础,解决好力学问题的关键和重要方法,是学好物理的第一步.决定了物体运动情况);解物理问题的能力很重要体现在能否对物体进行正确的受(因为:物体受力情况由受力力分析。
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,并画出受力示意图,就是受力分析。
(2)受力分析的方法和步骤:①选取对象——(研究对象可以是质点、结点、某个物体、或几个物体组成的系统)。
原则上使问题的研究处理尽量简便.②隔离物体——把研究对象从周围的环境中隔离开来,分析周围物体对研究对象的力的作用。
按照先场力(重力、电场力、磁场力等),后接触力(弹力、摩擦力),再其他力的顺序进行分析;或先主动力,后被动力(弹力、摩擦力)的顺序进行分析。
按顺序(重、弹、摩)分析可以防止漏力;分析出的每个力都要能找出施、受力物体(即性质力),这样可防止添力现象。
注意:力既不能多,也不能少;分析的力为性质力,如重力、弹力、摩擦力等,不要分析效果力,如向心力、回复力等。
③画出受力示意图——把物体所受的力一一画在受力图上,并标明各力的方向,注意不要将施出的力画在图上。
还要注意不同对象的受力图用隔离法分别画出,对于质点不考虑形变及转动效果,可将各力平移置物体的重心上,即各力均从重心画起。
检验:防止错画、漏画、多画力。
④确定方向——即确定坐标系,规定正方向。
⑤列方程——根据平衡条件或牛顿第二定律,列出在给定方向上的方程。
(步骤④⑤是针对某些力是否存在的不确定性而增加的)注意事项:①.只分析研究对象所受的力,不分析研究对象对其它物体所施的力②.对于分析出的每个力,都应该能找出其施力物体.(可以防止添力)③.合力和分力不能同时作为物体所受的力(3)判断物体是否受某个力的依据: (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。
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。
整体法和隔离法的正确用法整体法和隔离法是物理学中常用的两种方法,它们在解决复杂系统的运动和相互作用问题时非常有用。
下面将介绍整体法和隔离法的正确用法。
一、整体法整体法是指将多个物体组成的系统作为一个整体进行研究的方法。
这种方法在解决一些涉及多个物体相互作用的问题时非常有效。
整体法的优点是可以减少研究对象的数量,从而简化问题的复杂性。
1. 适用范围整体法适用于以下情况:(1)多个物体组成的系统具有相同的运动状态,可以作为一个整体进行研究;(2)多个物体之间的相互作用力可以忽略不计,或者只考虑它们之间的外部力;(3)需要研究系统整体的力学性质,如加速度、动量等。
2. 解题步骤使用整体法解题的一般步骤如下:(1)明确研究对象,将多个物体组成的系统作为一个整体进行研究;(2)分析整体受到的外力,包括重力、支持力、摩擦力等;(3)根据牛顿第二定律列方程,求出整体的加速度;(4)根据加速度求出各个物体的运动状态,如速度、位移等。
3. 注意事项使用整体法时需要注意以下几点:(1)整体法只能考虑外部力,不能考虑内部相互作用力;(2)如果系统中有多个物体具有不同的运动状态,需要分别对它们进行受力分析;(3)在求解系统的加速度时,需要考虑各个物体之间的相互作用力。
二、隔离法隔离法是指将系统中的各个物体分别进行受力分析的方法。
这种方法在解决一些涉及相互作用力的问题时非常有效。
隔离法的优点是可以清晰地分析各个物体之间的相互作用关系。
1. 适用范围隔离法适用于以下情况:(1)需要研究系统中各个物体之间的相互作用力;(2)系统中各个物体具有不同的运动状态,需要分别进行分析;(3)需要求出各个物体受到的合外力。
2. 解题步骤使用隔离法解题的一般步骤如下:(1)明确研究对象,将系统中的各个物体分别作为研究对象;(2)对每个物体进行受力分析,包括重力、支持力、摩擦力等;(3)根据牛顿第二定律列方程,求出各个物体的加速度;(4)根据加速度求出各个物体的运动状态,如速度、位移等。
整体法、隔离法的应用【考点归纳】一、整体法与隔离法在进行受力分析时,第一步就是选取研究对象。
选取的研究对象可以是一个物体(质点),也可以是由几个物体组成的整体(质点组)。
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。
二、解答平衡问题常用的物理方法1.隔离法与整体法隔离法:为了弄清系统(接连体)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、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。
2.整体法:当只涉及研究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)明确研究的系统和运动的全过程;(2)画出系统整体的受力图和运动全过程的示意图;(3)选用适当的物理规律列方程求解。
隔离法和整体法常常需交叉运用,从而优化解题思路和方法,使解题简捷明快。
三、图解法分析动态平衡问题所谓动态平衡问题是指通过控制某些物理量,使物体的状态发生缓慢变化,而在这个过程中物体又始终处于一系列的平衡状态,利用图解法解决此类问题的基本方法是:对研究对象在状态变化过程中的若干状态进行受力分析,依据某一参量的变化,在同一图中做出物体在若干状态下的平衡力图(力的平行四边形简化为三角形),再由动态的力四边形各边长度变化及角度变化确定力的大小及方向的变化情况。
四、临界状态处理方法—假设法某种物理现象变化为另一种物理现象的转折状态叫做临界状态,平衡物体的临界状态是指物体所处的平衡状态将要破坏、而尚未破坏的状态。
解答平衡物体的临界问题时可用假设法。
运用假设法解题的基本步骤是:(1)明确研究对象;(2)画受力图;(3)假设可发生的临界现象;(4)列出满足所发生的临界现象的平衡方程求解。
1.(2020·宜宾市叙州区第二中学校高三)如图所示,在一内壁光滑的半圆球壳内有两个可视为质点的小球用一劲度系数为k的轻弹簧连接着,已知球壳固定且内半径为R,两小球质量均为m.两小球与弹簧静止时处在同一水平线上,小球与球壳球心连线与水平方向成 角,弹簧形变在弹性限度范围内,则弹簧的原长为()A.tan mgk θB.2tan mgk θC.2cos tan mg R k θθ+ D.2cos 2tan mg R k θθ+ 2.(2019·河北高二期末)如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O 点为其球心,碗的内表面及碗口是光滑的.一根细线跨在碗口上,线的两端分别系有质量为m 1和m 2的小球,当它们处于平衡状态时,质量为m 1的小球与O 点的连线与水平线的夹角为α=60°.两小球的质量比为( )A. B. C. D.3.(2019·黑龙江大庆一中高一月考)如图所示,一个半球形的碗放在桌面上,碗口水平,O 是球心,碗的内表面光滑.一根轻质杆的两端固定有两个小球,质量分别是m 1、m 2.当它们静止时,m 1、m 2与球心的连线跟水平面分别成60°、30°角,则两小球质量m 1与m 2的比值是( )A.1∶2B.3:1C.2∶1D.3:24.(2020·河北高三专题练习)如图所示,两个质量为m 1的小球套在竖直放置的光滑支架上,支架的夹角为120°,用轻绳将两球与质量为m 2的小球连接,系统平衡时绳与杆构成一个菱形,则m 1:m 2为( )A.1∶1B.1∶2C.1∶3D.3∶25.(2020·全国高三专题练习)如图所示,a、b两个小球穿在一根光滑的固定杆上,并且通过一条细绳跨过定滑轮连接.已知b球质量为m,杆与水平面的夹角为30°,不计所有摩擦.当两球静止时,Oa段绳与杆的夹角也为30°,Ob段绳沿竖直方向,则a球的质量为()A.3mB.3m C.3m D.2m6.(2019·全国高一专题练习)如图所示,一条细绳跨过定滑轮连接物体、,悬挂起来,穿在一根竖直杆上,两物体均静止,细绳与滑轮间的摩擦不计,已知细绳与竖直杆间的夹角为,、的质量分别为、,则()A. B. C.杆对的弹力大小为 D.杆对的摩擦力大小为7.(2019·全国高一单元测试)如图所示,两相同轻质硬杆OO1、OO2可绕其两端垂直纸面的水平轴O、O1、O2转动,在O点悬挂一重物M,将两相同木块m紧压在竖直挡板上,此时整个系统保持静止。
F f表示木块与挡板间摩擦力的大小,F N表示木块与挡板间正压力的大小。
若挡板间的距离稍许增大后,系统仍静止且O1、O2始终等高,则()A.F f变小B.F f不变C.F N变小D.F N变大8.(2019·广东北师大东莞石竹附属学校高一期中)如图所示,A、B两木块放在水平面上,它们之间用细线相连,两次连接情况中细线倾斜方向不同但倾角一样,两木块与水平面间的动摩擦因数相同.先后用水平力F1和F2拉着A、B一起匀速运动,则()A.F1>F2B.F1=F2C.绳子拉力F T1>F T2D.绳子拉力F T1<F T29.(2019·南宁市第八中学高一期末)如图所示,质量为M的木板C放在水平地面上,固定在C上的竖直轻杆的顶端分别用细绳a和b连接小球A和小球B,小球A、B的质量均为m,当与水平方向成30°角的力F 作用在小球B上时,A、B、C处于静止状态,且此时绳a、b与竖直方向的夹角分别为30°和60°,则下列判断正确的是( )A.力F的大小为mgB.地面对C的支持力等于(M+2m)gC.地面对C的摩擦力大小为1/2mg3D.若保持A、B两球静止,且F方向可调,则F10.(2020·全国高一课时练习)如图所示,在两块相同的竖直木块之间,有质量均为m的4块相同的砖,用两个大小均为F的水平力压木板,使砖静止不动,则第2块砖对第3块砖的摩擦力大小为()A.0B.mgC.12mg D.4mg11.(2019·湖南高三月考)如图所示,5 000个大小相同、质量均为m 且光滑的小球,静止放置于两相互垂直且光滑的平面A ,B 上,平面B 与水平面的夹角为30°,已知重力加速度为g ,则第2 014个小球对第2 015个小球的作用力大小为( )A.1 493mgB.2 014mgC.2 015mgD.2 986mg12.(2019·吉林省实验高三月考)完全相同的两个三角形滑块A 、B ,按图所示方式叠放在水平面上.设A 、B 接触的斜面光滑,A 与桌面的动摩擦因数为μ,现在B 上作用一水平推力F ,恰好使A 、B 一起在桌面上匀速运动,A 、B 保持相对静止.则A 与桌面的摩擦因数μ跟斜面倾角θ的关系为( )A.tan μθ=B.1tan 2μθ=C.2tan μθ=D.μ与θ无关13.(2019·云南省通海县第二中学高三月考)如图所示,轻绳两端分别与A 、C 两物体相连接,m A =1kg ,m B =2kg ,m C =3kg ,物体A 、B 、C 及C 与地面间的动摩擦因数均为μ=0.1,轻绳与滑轮间的摩擦可忽略不计.若要用力将C 拉动,则作用在C 上水平向左的拉力最小为(取重力加速度g =10m/s 2)( )A.6NB.8NC.10ND.12N14.(2019·湖北十堰市教育局高一期末)如图所示,P 是固定在水平地面上的14圆柱体,左侧是光滑圆弧面,一根轻绳跨过固定在圆柱体P 上的小滑轮,一端系有质量为0.4kg 、可视为质点的小球,小球与圆心连线跟水平方向的夹角为60︒,绳的另一端固定在竖直墙面上,小球处于静止状态。
取g = 10m/s 2,则球对弧面的压力和轻绳的拉力大小分别为( )A.2N 23NB.23N 2NC.3N 2ND.23N 1N15.(2019·河北高一期中)如图所示,质量为1m 的滑块A 置于水平地面上,质量为2m 的滑块B 在一水平推力作用下紧靠滑块A (A 、B 接触面竖直),此时B 刚好不下滑,A 与B 间的动摩擦因数为()111μμ≠,A 与地面间的动摩擦因数为2μ,重力加速度为g ,最大静摩擦力等于滑动摩擦力,若在缓慢增大对B 的水平推力的过程中,A 始终不滑动,则( )A.A 与B 间的摩擦力缓慢增大B.A 与B 间的摩擦力大小为12m g μC.A 与地面间的摩擦力缓慢增大D.A 与地面间的最大静摩擦力为12m g μ16.(2019·山西高三期末)历经一年多的改造, 10 月 1 日,太原迎泽公园重新开园,保持原貌的七孔桥与新建的湖面码头,为公园增色不少。
如图是七孔桥正中央一孔,位于中央的楔形石块 1,左侧面与竖直方向的夹角为θ ,右侧面竖直。
若接触面间的摩擦力忽略不计,则石块 1 左、右两侧面所受弹力的比值为( )A.1tan θ B.sinθ C.1cos θ D.12cos θ17.(2019·全国高一专题练习)质量均为m 的a 、b 两木块叠放在水平面上,如图所示,a 受到斜向上且与水平面成θ角的力F 1的作用,b 受到斜向下且与水平面成θ角的力F 2的作用,两力大小相等,均为F ,且在同一竖直平面内,此时两木块保持静止,则( )A.b 一定受到四个力的作用B.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 与水平面之间一定存在静摩擦力答案及解析1.【答案】C【解析】根据对称性可知,两小球受力情况相同,以其中一个为研究对象,受到竖直向上的重力,弹簧的弹力和指向圆心的支持力,三个力作用,处于平衡状态,根据几何知识可得tan mg kxθ=,解得:tan mgx k θ=,此时弹簧被压缩,根据几何知识可得,此时的长度为2cos l R θ=,所以弹簧原长02cos tan mgx R k θθ=+,C 正确 2.【答案】C【解析】质量为m 1的小球受重力m 1g 、绳拉力F 2=m 2g 和支持力F 1的作用而平衡.如图所示,由平衡条件得,F 1=F 2,2F 2cos30°=m 1g ,得=.故选项A 正确3.【答案】B【解析】选取两小球和杆组成的整体为研究对象,受力分析并正交分解如图1所示:由平衡条件得:F 1在水平方向的分力F ′和F 2在水平方向的分力F ″大小相等.即:F 1cos60°=F 2cos30°,所以:12cos303=cos601FF︒=︒.再以球1为研究对象,分析受力如图2所示:根据平衡条件得F与m1g的合力与F1等大反向,图中两个阴影三角形相似,则得:11F Rm g h=.同理,以球2为研究对象,得:22F Rm g h=,则得:1212F Fm g m g=;解得:123=1mm.故选B.4.【答案】A【解析】将小球m2的重力按效果根据平行四边形定则进行分解如图,由几何知识得:2T m g=对m1受力分析,由平衡条件,在沿杆的方向有:1sin30sin30m g T︒=︒得:1T m g=可见:121:1mm=故选项A正确.5.【答案】A【解析】分别对a 、b 两球分析,运用合成法,如图:根据共点力平衡条件,得:T=m b g ;()90a m g Tsin sin θθ︒+=(根据正弦定理列式);故m b :m a =tan300:1,则m a =3m ;故BCD 错误,A 正确;故选A. 6.【答案】C【解析】C.对A 受力分析可知,细绳拉力,再对B 进行受力分析可知,水平方向:,故杆对B 的弹力大小为,选项C 正确;AB.竖直方向:,因无法判断摩擦力的方向,故无法判断A 、B 的质量的大小关系,选项AB 错误;D.由以上各式可知杆对B 的摩擦力的大小为,选项D 错误。