专题整体法和隔离法
体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。
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。
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
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
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:因本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:
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。但并非所有情况都可以用整体法,当要求出物体之间的相互作用力时,则必须用隔离法求出物体间的相互作用力,因为整体法不能暴露出物体之间的相互作用力。
例2. 如图2所示,在两块相同的竖直木板之间,有质量均
为m的四块完全相同的砖,用两个同样大小的水平力压木
板,使砖静止不动。求:
(1)木板对第1块砖和第4块砖的摩擦力各多大?
(2)第2块砖和第3块砖之间的摩擦力?
(3)第3块砖和第4块砖之间的摩擦力?
解析:(1)将4块砖看作整体作为研究对象,对整体进行受力分析,
如右图所示,竖直方向由平衡条件可得,得到木板对第1
块砖和第4块砖的摩擦力均为
(2)第1块和第2块砖看作整体隔离后进行受力分析,如右图所示,
竖直方向,木板对第1块砖的摩擦力为,由平衡条件可知此二
力已经达到平衡,故第3块砖对第2块砖的摩擦力为零。
(3)将第4块砖单独从系统中隔离出来进行受力分析,如右图所示,
竖直方向,由平衡条件可得,得第3块砖对第4块砖的摩
擦力为,方向竖直向下。
变形:若4块砖只是右边受到水平力作用紧压在墙上静止,如图所示,则各接触面间的摩擦力有何变化?
(答:从左至右,各接触面间的摩擦力大小依次为:4mg 、3mg 、2mg 、mg ) 例3. 如图所示,重为G 的匀质链条挂在等高的两钩上,两端与水平方向均成角,
试求:
(1)链条两端受到的力;
(2)链条最低处的张力。
解析:在求链条两端的拉力时,可把链条当作一个质点处理,受力分析如图8所示。 (1)由平衡条件知 在水平方向: 在竖直方向:
解得链条两端受到的力为
求链条最低点的张力时,可取链条的一半研究,受力分析如图9所示。 (2)取左边一半的链条为研究对象, 由平衡条件知,
所以最低点的张力为
1、在粗糙水平面上有一个三角形木块a ,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的两个木块b 和c ,如图所示,已知m1>m2,三木块均处于静止,则粗糙地面对于三角形木块( )
A .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向右
B .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向左
C .有摩擦力作用,但摩擦力的方向不能确定
D .没有摩擦力的作用
2、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 ,两环间由一根质量可忽略、不可伸展的细绳相连,并在某一位置平衡,如图。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比较,AO 杆对P 环的支持力N 和细绳上的拉力T 的变化情况是( ) A .N 不变,T 变大 B .N 不变,T 变小 C .N 变大,T 变大 D .N 变大,T 变小
3、如图所示,质量分别为1m 、2m 的两个物体通过轻弹簧连接,在力F 的作用下一起沿水平方向做匀速直线运动(1m 在地面,2m 在空中),力F 与水平方向成θ角。则1m 所受支持力N 和摩擦力f 正确的是( ) A .12sin N m g m g F θ=+- B .12cos N m g m g F θ=+-
C .cos f F θ=
D .sin f F θ=
4、图所示,A 、B 、C 三个物体组成的系统在水平面上以同一速率做匀速运动,其中C 物体受到向右的恒力F 的作用,则以下说法正确的是:( ) A .B 物体受右的摩擦力 B .C 物体未受摩擦力
C .A 、B 、C 组成的系统所受摩擦力的矢量和为零
D .A 物体所受摩擦力的矢量和为零
5、如图所示,质量为m 的物体沿质量为M 的斜面匀速下滑,M 在水平面上保持静止,则( )
A .M 对地面的压力为(M+m )g
B .m 对M 的作用力的合力为零
C .地面对M 的静摩擦力不为零,方向水平向左
D .m 和M 之间的动摩擦因数 μ=tan θ
6、如图所示,设A 重10N ,B 重20N ,A 、B 间的动摩擦因数为0.1,B 与地面的摩擦因数为0.2.问:至少对B 向左施多大的力,才能使A 、B 发生相对滑动?
A
O
B
P
Q
受力分析的基本方法整体 法和隔离法 Prepared on 22 November 2020
受力分析(整体法求外力.隔离法求内力) 一 平衡问题的受力分析 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比较,AO 杆对P 环的支持力F 和摩擦力f 的变化情况是( ) A .F 不变,f 变大 B .F 不变,f 变小 C .F 变大,f 变大 D .F 变大,f 变小 2.如图所示,两个质量都是m 的小球A 、B 用轻杆连接后斜放在墙上处于平衡状态。已知竖直墙面光滑,水平地面粗糙,现将A 向上移动一小段距离,两球再次平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,地面对B 球的支持力N 和轻杆上的压力F 的变化情况是( ) 不变,F 变大 不变,F 变小 变大,F 变大 变大,F 变小 3.如图所示,质量为m 的木块放在质量为M 的粗糙斜面上,用水平恒力力F 推木块,木块和斜面都保持静止。求: (1)水平面对斜面的支持力大小1N (2)水平面对斜面的摩擦力大小1f (3)斜面对物体的支持力大小2N (4)斜面对物体的摩擦力大小2f
4在粗糙水平面上有一个三角形木块a ,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为1m 和2m 的两个木块b 和c ,如图所示,已知1 m >2m ,三木块均处于静止,则粗糙地面对于三角形木 块( ) A .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向右 B .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向左 C .有摩擦力作用,但摩擦力的方向不能确定 D .没有摩擦力的作用 二 非平衡问题的受力分析 1.如图所示,一质量为M 的楔形木块放在水平桌面上,它的顶角为90°,两底角为α和β;a 、b 为两个位于斜面上质量均为m 的小木块。已知所有接触面都是光滑的。现发现a 、b 沿斜面下滑,而楔形木块静止不 动,这时楔形木块对水平桌面的压力等于 ( ) A .Mg+mg B .Mg+2mg C .Mg+mg(sin α+sin β) D .Mg+mg(cos α+cos β) 2物体B 放在A 物体上,A 、B 的上下表面均与斜面平行,如图。当两者以相同的初速度靠惯性沿光滑固定斜面C 向上做匀减速运动时( ) A 、A 受到 B 的摩擦力沿斜面方向向上 B 、A 受到B 的摩擦力沿斜面方向向下 C 、A 、B 之间的摩擦力为零 D 、A 、B 之间是否存在摩擦力取决于A 、B 表面的性质 b c a m 1 m 2 M α β a b
A 级 基础巩固题 1.如右图所示,长木板静止在光滑的水平地面上,一木块以速度v 滑上木板,已知木板质量是M ,木块质量是m ,二者之间的动摩擦因数为μ,那么,木块在木板上滑行时 ( ) A .木板的加速度大小为μmg /M B .木块的加速度大小为μg C .木板做匀加速直线运动 D .木块做匀减速直线运动 答案:ABCD 解析:木块所受的合力是摩擦力μmg ,所以木块的加速度为 μmg m =μg ,做匀减速直线运动;木板同样受到摩擦力作用,其加速度为μmg M ,做匀加速直线运动,故A 、B 、C 、D 均正确. 2.如下图所示,质量均为m 的A 、B 两球之间系着一条不计质量的轻弹簧放在光滑水平面上,A 球紧靠墙壁,今用力F 将B 球向左推压弹簧,平衡后,突然将力F 撤去的瞬间,则 ( ) A .A 球的加速度为F 2m B .A 球的加速度为零 C .B 球的加速度为F m D .B 球的加速度为零 答案:BC 解析:用力F 压B 球平衡后,说明在水平方向上,弹簧对B 球的弹力与力F 平衡,而A 球是弹簧对A 球的弹力与墙壁对A 球的弹力相平衡,当撤去了力F 的瞬间,由于弹簧的弹力是弹簧形变而产生的,这一瞬间,弹簧的形变没有消失,弹簧的弹力还来不及变化,故弹力大小仍为F ,所以B 球的加速度a B =F m ,而A 球受力不变,加速度为零,B 、C 两选项正确. 3.如下图所示,有一箱装得很满的土豆,以一定的初速度在动摩擦因数为μ的水平地面上做匀减速运动,不计其它外力及空气阻力,则中间一质量为m 的土豆A 受到其他土豆对它的作用力大小应是 ( ) A .mg B .μmg C .mg 1+μ2 D .mg 1-μ2 答案:C 解析:对箱子及土豆整体分析知. μMg =Ma ,a =μg . 对A 土豆分析有 F =m 2(a 2+g 2)
分卷I 一、单选题(共15小题,每小题5.0分,共75分) 1.如图所示,两个质量都是m的小球A、B用轻杆连接后斜放在墙上处于平衡状态.已知墙面光滑,水平地面粗糙.现将A球向上移动一小段距离,两球再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态比较,地面对B球的支持力F N和轻杆上受到的压力F的变化情况是() A.F N不变,F变大 B.F N不变,F变小 C.F N变大,F变大 D.F N变大,F变小 2.在粗糙水平地面上与墙平行放着一个截面为半圆的柱状物体A,A与竖直墙之间放一光滑圆球B,整个装置处于平衡状态.现对B加一竖直向下的力F,F的作用线通过球心,设墙对B的作用力为F1,B对A的作用力为F2,地面对A的作用力为F 3.若F缓慢增大而整个装置仍保持静止,截面如图所示,在此过程中() A.F1保持不变,F3缓慢增大 B.F1缓慢增大,F3保持不变 C.F2缓慢增大,F3缓慢增大 D.F2缓慢增大,F3保持不变 3.如图所示,质量为M、半径为R、内壁光滑的半球形容器静止在粗糙水平地面上,O为球心.有一劲度系数为k的轻弹簧一端固定在半球形容器底部O′处,另一端与质量为m的小球相连,小球静止于P点.已知地面与半球形容器间的动摩擦因数为μ,OP与水平方向的夹角为θ=30°,下列说法正确的是().
A.小球受到轻弹簧的弹力大小为mg B.小球受到容器的支持力大小为 C.小球受到容器的支持力大小为mg D.半球形容器受到地面的摩擦力大小为mg 4.叠罗汉是一种二人以上层层叠成各种造型的游戏娱乐形式,也是一种高难度的杂技.图示为六人叠成的三层静态造型,假设每个人的重力均为G,下面五人的背部均呈水平状态,则最底层正中间的人的一只脚受到水平地面的支持力约为() A.G B.G C.G D.G 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ma>mb,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 6.如图所示,质量为m的木块A放在质量为M的三角形斜劈B上,现用大小相等、方向相反的水平力F分别推A和B,它们均静止不动,重力加速度为g,则().
高中物理解题方法---整体法和隔离法 选择研究对象是解决物理问题的首要环节.在很多物理问题中,研究对象的选择方案是多样的,研究对象的选取方法不同会影响求解的繁简程度。合理选择研究对象会使问题简化,反之,会使问题复杂化,甚至使问题无法解决。隔离法与整体法都是物理解题的基本方法。 隔离法就是将研究对象从其周围的环境中隔离出来单独进行研究,这个研究对象可以是一个物体,也可以是物体的一个部分,广义的隔离法还包括将一个物理过程从其全过程中隔离出来。 整体法是将几个物体看作一个整体,或将看上去具有明显不同性质和特点的几个物理过程作为一个整体过程来处理。隔离法和整体法看上去相互对立,但两者在本质上是统一的,因为将几个物体看作一个整体之后,还是要将它们与周围的环境隔离开来的。 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。 对于连结体问题,通常用隔离法,但有时也可采用整体法。如果能够运用整体法,我们应该优先采用整体法,这样涉及的研究对象少,未知量少,方程少,求解简便;不计物体间相互作用的内力,或物体系内的物体的运动状态相同,一般首先考虑整体法。对于大多数动力学问题,单纯采用整体法并不一定能解决,通常采用整体法与隔离法相结合的方法。 一、静力学中的整体与隔离 通常在分析外力对系统的作用时,用整体法;在分析系统内各物体(各部分)间相互作用时,用隔离法.解题中应遵循“先整体、后隔离”的原则。 【例1】 在粗糙水平面上有一个三角形木块a ,在它的两个粗糙斜面上分别放有质量为m1和m2的两个木块b 和c ,如图所示,已知m1>m2,三木块均处于静止,则粗糙地面对于三角形木块( ) A .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向右 B .有摩擦力作用,摩擦力的方向水平向左 C .有摩擦力作用,但摩擦力的方向不能确定 D .没有摩擦力的作用 【解析】由于三物体均静止,故可将三物体视为一个物体,它静止于水平面上,必无摩擦力作用,故选D . 【点评】本题若以三角形木块a 为研究对象,分析b 和c 对它的弹力和摩擦力,再求其合力来求解,则把问题复杂化了.此题可扩展为b 、c 两个物体均匀速下滑,想一想,应选什么? 【例2】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 ,两环间由一根质量可忽略、不可伸展的细绳相连, 并在某一位置平衡,如图。现将P 环向左移一小段距离,两环再 A O B P Q
牛顿第二定律——连接体问题(整体法与隔离法) 一、连接体:当两个或两个以上的物体通过绳、杆、弹簧相连,或多个物体直接叠放在一起的系统 二、处理方法——整体法与隔离法 系统运动状态相同 整体法 问题不涉及物体间的内力 使用原则 隔离法 三、连接体题型: 【例1】A 、B 力N F A 6=推A ,用水平力N F B 3=拉B ,A 、B 3N 【练1】如图所示,质量为M 的斜面A 置于粗糙水平地面上,动摩擦因数为μ,物体B 与斜面间无摩擦。在水平向左的推力F 作用下,A 与B 一起做匀加速直线运动,两者无相对滑动。已知斜面的倾角为θ,物体B 的质量为m ,则它们的加速度a 及推力F 的大小为( ) A. )sin ()(,sin θμθ++==g m M F g a B. θθcos )(,cos g m M F g a +== C. )tan ()(,tan θμθ++==g m M F g a D. g m M F g a )(,cot +==μθ C 10. 河南省桐柏实验高中2010届高三上学期期末模拟如图所示,物体A B C 放在光滑水平面上用细线a b 连接,力F 作用在A 上,使三物体在水平面上运动,若在B 上放一小物体D,D 随B 一起运动,且原来的拉力F 保持不变,那么加上物体D 后两绳中拉力的变化是( ) A.T a 增大 B.T b 增大 C.T a 变小 D.T b 不变 A
19.江苏省马塘中学2010届高三阶段测试质量分别为m 1和m 2的两个小物块用轻 绳连接,绳跨过位于倾角α=30°的光滑斜面顶端的轻滑轮,滑轮与转轴之间的摩擦不计,斜面固定在水平桌面上,如图所示。第一次,m 1悬空,m 2放在斜面上,用t 表示m 2自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间。第二次,将m 1和m 2位置互换,使m 2悬空,m 1放在斜面上,发现m 1自斜面底端由静止开始运动至斜面顶端所需的时间为3t 。求m 1与m 2之比。 解: 第一次,小物块受力情况如图所示,设T 1为绳中张力,a 1为两物块加速度的大小, l 为斜面长,则有 1111a m T g m =- (1) 1221sin a m g m T =-α (2) 2 12 1t a l = (3) 第二次,m 1与m 2交换位置.设绳中张力为T 2,两 物块加速度的大小为a 2,则有 2222a m T g m =- (4) 2112sin a m g m T =-α (5) 2 2321?? ? ??=t a l (6) 由 (1)、(2) 式注意到α =30°得()g m m m m a 212 1122+-= (7) 由 (4)、(5) 式注意到α =30°得()g m m m m a 2 11 2222+-= (8) 由 (3)、(6) 式得9 2 1a a = (9) 由 (7)、(8)、(9) 式可解得 19 1121=m m (10) 6.湖南省长沙市一中2010届高三第五次月考如图所示,光滑水平面上放置质量分别为m 、2m 和3m 的三个木块,其中质量为2m 和3m 的木块间用一不可伸长的轻绳相连,轻绳能承受的最大拉力为T 。现用水平拉力 F 拉其中一个质量为3m 的木块,使三个木块以同一加速度运动,则以下说法正确的是 ( ) 1g 1
整体法与隔离法 1.整体法:在研究物理问题时,把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。采用整体法时不仅可以把几个物体作为整体,也可以把几个物理过程作为一个整体,采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析,常常使问题解答更简便、明了。 运用整体法解题的基本步骤: ①明确研究的系统或运动的全过程. ②画出系统的受力图和运动全过程的示意图. ③寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方程求解 2.隔离法:把所研究对象从整体中隔离出来进行研究,最终得出结论的方法称为隔离法。可以把整个物体隔离成几个部分来处理,也可以把整个过程隔离成几个阶段来处理,还可以对同一个物体,同一过程中不同物理量的变化进行分别处理。采用隔离物体法能排除与研究对象无关的因素,使事物的特征明显地显示出来,从而进行有效的处理。 运用隔离法解题的基本步骤: ①明确研究对象或过程、状态,选择隔离对象.选择原则是:一要包含待求量,二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少. ②将研究对象从系统中隔离出来;或将研究的某状态、某过程从运动的全过程中隔离出来. ③对隔离出的研究对象、过程、状态分析研究,画出某状态下的受力图或某阶段的运动过程示意图. ④寻找未知量与已知量之间的关系,选择适当的物理规律列方程求解. 3.整体和局部是相对统一的,相辅相成的。 隔离法与整体法,不是相互对立的,一般问题的求解中,随着研究对象的转化,往往两种方法交叉运用,相辅相成.所以,两种方法的取舍,并无绝对的界限,必须具体分析,灵活运用.无论哪种方法均以尽可能避免或减少非待求量(即中间未知量的出现,如非待求的力,非待求的中间状态或过程等)的出现为原则 4.应用例析 【例4】如图所示,A、B两木块的质量分别为m A、m B,在水平推力F作用下沿光滑水平面匀加速向右运动,求A、B间的弹力F N。
一、选择题(本题共12小题,每题3分,共 1.以下对于惯性的认识中不正确的是:( A B .处于完全失重状态的物体惯性消失 C .相同力作用下加速度小的物体惯性大 D 2.如图1所示,重物B 放在光滑的平板车连结起来。当A 和B ( A ) A .重力、支持力;C .重力、支持力、弹簧拉力、摩擦力; 3A .用50N B .一个真实的力F 可以正交分解为F 1和 C D 4.放在光滑平面上的物体受水平向右的力F 1和水平向左的力F 2,原先F 1>F 2,物体向右运动。在F 1 逐渐减小到等于F 2的过程中,发生的物理情景是:( B ) 5 6(