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教科版物理 必修一 第四章 物体的平衡5 巧用整体法和隔离法解决共点力平衡问题(讲义)

来源:一二三四网
高中巧用整体法和隔离法解决共点力平衡问题 物理 一、考点突破 考点 课程目标 1. 掌握整体法和隔巧用整体法和隔离法解决共点力平衡问题 离法的选取原则; 2. 熟练掌握对研究对象的受力分析。 备注 在考试中主要以填空、选择、计算等形式出现,试题难度中等。整体法和隔离法的应用,贯穿了整个高中物理的学习过程。 二、重难点提示 重点:应用整体法和隔离法解决平衡问题。 难点:掌握整体法和隔离法的选取原则。 两种方法的比较:

研究对象 选取原则 特点 整体法 系统 问题不涉及物体间的内力 只分析这一整体之外的物体对该整体的作用力(外力) 整体上揭示事物的本质和变化规律,从而避开了中间环节的繁琐推算 隔离法 单个物体 问题涉及物体间的内力 只分析该研究对象(单个物体)以外的物体对该对象的作用力 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 优点 说明: 1. 整体法和隔离法在实际分析过程中,不能孤立起来,应该本着先整体后隔离的顺序进行分析。根据牛顿第三定律,可以进行从整体到隔离的过渡。 2. 整体法是物理学中的重要方法,如电荷守恒定律、能量守恒定律、动量守恒定律等都是从整体去考虑的,同学们一定要领悟这种方法的物理思想。 例题1 有一个直角支架AOB,AO水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑,AO上套有小环P,OB上套有小环Q,两环质量均为m,两环间有一根质量可忽略,不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图所示,现将P环向左移一小段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态相比较,AO杆对P环的支持力FN和细绳上的拉力FT的变化情况是( )

A. FN不变,FT变大

B. FN不变,FT变小

C. FN变大,FT变大 D. FN变大,FT变小

思路分析:先用整体法。对两环和细绳构成的系统整体受力分析(见下左图):竖直方向上只受到OA杆的支持力FN和重力,故在P环向左移动一小段距离后,FN保持不变。

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再用隔离法。对环Q(见下右图):因OB杆光滑,故细绳拉力FT的竖直分量等于环的重力,即FTcosθ=mg,当P环向左移动一小段距离时,细绳与竖直方向的夹角θ变小,故细绳的拉力FT变小。故应选B。

答案:B

例题2 如图所示,物块A放在直角三角形斜面体B上面,B放在弹簧上面并紧挨着竖直墙壁,初始时A、B静止。现用力F沿斜面向上推A,但AB并未运动。下列说法正确的是( )

A. A、B之间的摩擦力可能大小不变 B. A、B之间的摩擦力一定变小 C. B与墙壁之间可能没有摩擦力 D. 弹簧弹力一定不变

思路分析:对AB整体来说,由于AB不动,弹簧的形变量不变,则弹簧的弹力不变,开始弹簧的弹力等于A、B的总重力,施加F后,F在竖直方向上有分量,弹簧的弹力不变,总重力不变,根据平衡可知,B与墙之间一定有摩擦力,故C错误,D正确。

对A受力分析,开始时受重力、B对A的支持力和静摩擦力而平衡,A所受的静摩擦力大小为mAgsinα,方向平行于斜面向上,当施加F后,仍然处于静止,若F=2mAgsinα,则A、B之间的摩擦力大小可能不变,故A正确,B错误。故选项A、D正确。

答案:AD

例题3 如图所示,两个质量均为m的小环套在一水平放置的粗糙长杆上,两根长度均为l的轻绳一端系在小环上,另一端系在质量为M的木块上,两个小环之间的距离也为l,小环保持静止。试求:

(1)小环对杆的压力;

(2)小环与杆之间的动摩擦因数μ至少为多大。

思路分析:(1)以木块M和两个小环作为整体进行受力分析,由平衡条件得2FN=(M+2m)g,即FN=

1Mg+mg。 2由牛顿第三定律可知,小环对杆的压力FN′=FN=

1Mg+mg,方向竖直向下。 2(2)对M受力分析,由平衡条件得:2FTcos 30°=Mg 对m受力分析,由平衡条件得:f=FTsin 30°

临界状态,此时小环受到的静摩擦力达到最大值,则有FTsin 30°=μFN 解得,动摩擦因数μmin=【方法提炼】

应用整体法和隔离法解题时,一般都要知道物体所处的状态,然后再选择研究对象,若未知物体所处状态,一般情况下选用隔离法,以已知状态的物体为研究对象。

满分训练:一斜劈静止于粗糙的水平地面上,在其斜面上放一滑块m,若给m一向下的初速度v0,则m正好保持匀速下滑,如图所示,现在m下滑的过程中再加一个作用力,则以下说法正确的是( )

A. 在m上加一竖直向下的力F1,则m将保持匀速运动,M对地无摩擦力的作用 B. 在m上加一个沿斜面向下的力F2,则m将做加速运动,M对地有水平向左的静摩擦力的作用

C. 在m上加一个水平向右的力F3,则m将做减速运动,在m停止前M对地有向右的静摩擦力的作用

D. 无论在m上加什么方向的力,在m停止前M对地都无静摩擦力的作用

3M。

3(M2m)第2页/共3页

思路分析:由于施加力后m的运动状态不确定,但M的状态可以确定,故应以M为研究对象,根据题中条件可得:u=tanθ,对于M受力如图所示,设地面对M的摩擦力向右为Ff,由受力平衡可得:fcosθ-Nsinθ=Ff

f=uN

(1) (2)

联立上述两式可得:Ff=N(ucosθ-sinθ)=0,对于上式,无论施加哪个方向的力,改变的都是N,但ucosθ-sinθ恒等于零。故A、D正确。

思考:(1)若u<tanθ呢?(方向向左) (2)若u>tanθ呢?(方向向右)

注意:本题的特点是研究物块在斜面上运动的过程,物块和斜面间的摩擦力为滑动摩擦力。

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