例析整体法与隔离法的应用

(整期优先)网络出版时间:2012-12-22
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例析整体法与隔离法的应用

赖家燕

四川省宜宾市一中赖家燕

高中阶段在分析物体的受力及运动问题时,我们常常用到整体法和隔离法解答相关问题。特别是当系统中各物体具有相同的加速度时,我们常常用到整体法计算出他们共同运动的加速度,再运用隔离法研究物体的受力及运动情况,对这类问题的处理方法如下:

1.隔离法的选取

(1)使用情况:需要求解系统内物体之间相互作用力时。

(2)处理方法:把物体从系统中隔离出来,将内力转化为外力,分析物体的受力情况和运动情况,并分别应用牛顿第二定律列方程求解。

2.整体法的选取

(1)适用情况:系统内各物体具有相同的加速度。

(2)处理方法:把系统内各物体看成一个整体,这个整体的质量等于各物体的质量之和,当整体受到的外力已知时,可用牛顿第二定律求出整体的加速度。

例1如下图所示,在光滑水平面上有一小车A,其质量为mA=2kg,小车上放一物体B,其质量为mB=1kg;如图甲所示,给物体B一个水平推力F,当推力F增大到稍大于3N时,A、B开始相对滑动;如果撤去推力F,对小车A施加一水平推力,如图乙所示,要使A、B不相对滑动,求推力的最大值。

解析根据图甲所示,设A、B间的静摩擦力达到最大值时,系统的加速度为a,根据牛顿第二定律对A、B整体有:F=(mA+mB)a

对小车A有:=mAa,代入数据解得:=2N

根据图乙所示,A、B刚开始滑动时系统的加速度为,根据牛顿第二定律有:

例2一个直角支架AOB,AO杆水平放置表面粗糙,OB杆竖直向下,表面光滑,AO杆上套有小环P,OB杆上套有小环Q,两环质量均为m,两环由一根质量可忽略、不可伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如下图所示,现将小环P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与原来的平衡状态相比较,AO杆对小环P的支持力和摩擦力?的变化情况是()。

解析以两环和细绳整体为研究对象求,可知竖直方向上始终二力平衡,即=2mg,始终不变。以小环Q为研究对象,在重力、细绳拉力F和OB杆支持力作用下平衡,设细绳和竖直方向的夹角为α,则小环P向左移的过程中α将减小,=mgtanα将减小。

再以整体为研究对象,水平方向只受OB杆对小环Q的支持力和AO杆对小环P的摩擦力?的作用,因此?=,也减小。答案选B。