3讲 牛顿运动定律与连接体问题

连接体问题

一、连接体与隔离体

两个或两个以上物体相连接组成的物体系统，称为 。如果把其中某个物体隔离出来，该物体即为 。

二、外力和内力

如果以物体系为研究对象，受到系统之外的作用力，这些力是系统受到的 力，而系统内各物体间的相互作用力为 。 应用牛顿第二定律列方程不考虑 力。如果把物体隔离出来作为研究对象，则这些内力将转换为隔离体的 力。

三、连接体问题的分析方法

1.整体法：连接体中的各物体如果 ，求加速度时可以把连接体作为一

个整体。运用 列方程求解。 2.隔离法：如果要求连接体间的相互作用力，必须隔离其中一个物体，对该物体应用 求解，此法称为隔离法。

3.整体法与隔离法是相对统一，相辅相成的。本来单用隔离法就可以解决的连接体问题，

但如果这两种方法交叉使用，则处理问题就更加方便。如当系统中各物体有相同的加速度，求系统中某两物体间的相互作用力时，往往是先用 法求出 ，再用 法求 。

【典型例题】

例1.两个物体A 和B ，质量分别为m 1和m 2，互相接触放在光滑水平面上，如图所示，对物

体A 施以水平的推力F ，则物体A 对物体

B 的作用力等于（ ） A.

F m m m 211+ B.F m m m 2

12

+ C.F

D.

F m m 2

1

扩展：1.若m 1与m 2与水平面间有摩擦力且摩擦因数均为μ则对B 作用力等于 。

2.如图所示，倾角为α的斜面上放两物体m 1和m 2，用与斜面

平行的力F 推m 1，使两物加速上滑，不管斜面是否光滑，两物体 之间的作用力总为 。

例2.如图所示，质量为M 的木板可沿倾角为θ的光滑斜面下滑， 木板上站着一个质量为m 的人，问（1）为了保持木板与斜面相 对静止，计算人运动的加速度？（2）为了保持人与斜面相对静止， 木板运动的加速度是多少？

【针对训练】

1.如图光滑水平面上物块A 和B 以轻弹簧相连接。在水平拉力F 作用下以加速度a 作直线运动，设A 和B 的质量分别为m A 和m B ，当突然撤去外力F 时，A 和B

的加速度分别为（ ） A.0、0

B.a 、0

C.

B A A m m a m +、B

A A m m a

m +-

D.a 、a m m B

A

-

2.如图A 、B 、C 为三个完全相同的物体，当水平力F 作用 于B 上，三物体可一起匀速运动。撤去力F 后，三物体仍 可一起向前运动，设此时A 、B 间作用力为f 1，B 、C 间作 用力为f 2，则f 1和f 2的大小为（ ）

A.f 1＝f 2＝0

B.f 1＝0，f 2＝F

C.f 1＝

3F ，f 2＝F 32

D.f 1＝F ，f 2＝0 3.如图所示，在前进的车厢的竖直后壁上放一个物体，物体与壁间

的静摩擦因数μ＝0.8，要使物体不致下滑，车厢至少应以多大的 加速度前进？（g ＝10m/s 2）

4.如图所示，箱子的质量M ＝

5.0kg ，与水平地面的动摩擦因

数μ＝0.22。在箱子顶板处系一细线，悬挂一个质量m ＝1.0kg 的小球，箱子受到水平恒力F 的作用，使小球的悬线偏离竖直 方向θ＝30°角，则F 应为多少？（g ＝10m/s 2）

【能力训练】

1.如图所示，质量分别为M 、m 的滑块A 、B 叠放在固定的、 倾角为θ的斜面上，A 与斜面间、A 与B 之间的动摩擦因数 分别为μ1，μ2，当A 、B 从静止开始以相同的加速度下滑时， B 受到摩擦力（ ）

A.等于零

B.方向平行于斜面向上

C.大小为μ1mgcos θ

D.大小为μ2mgcos θ

2.如图所示，质量为M 的框架放在水平地面上，一轻弹簧上端固定在框架上，下端固定一个质量为m 的小球。小球上下振动时，框架始终没有跳起，当框架对地面压力为零瞬间，小球的加速度大小为（ ）

A.g

B.

g m m

M - C.0 D.

g m

m

M + 3.如图，用力F 拉A 、B 、C 三个物体在光滑水平面上运动，现在中间的B 物体上加一个小物体，它和中间的物体一起运动，且原拉力F 不变，那么加上物体以后，两段绳中的拉力F a 和F b 的变化情况是（ ） A.T a 增大

B.T b 增大

F

C

A B

V

C.T a 变小

D.T b 不变

4.如图所示为杂技“顶竿”表演，一人站在地上，肩上扛一质量 为M 的竖直竹竿，当竿上一质量为m 的人以加速度a 加速下滑时， 竿对“底人”的压力大小为（ ）

A.（M+m ）g

B.（M+m ）g －ma

C.（M+m ）g+ma

D.（M －m ）g

5.如图，在竖直立在水平面的轻弹簧上面固定一块质量不计 的薄板，将薄板上放一重物，并用手将重物往下压，然后突 然将手撤去，重物即被弹射出去，则在弹射过程中，（即重 物与弹簧脱离之前），重物的运动情况是（ ） A.一直加速

B.先减速，后加速

C.先加速、后减速

D.匀加速

6.

如图所示，木块A 和B 用一轻弹簧相连，竖直放在木块 C 上，三者静置于地面，它们的质量之比是1:2:3，设所有 接触面都光滑，当沿水平方向抽出木块C 的瞬时，A 和B 的加速度分别是a A =

，a B ＝ 。 7.如图所示，一细线的一端固定于倾角为45°的光滑楔形滑块 A 的顶端P 处，细线的另一端拴一质量为m

的小球。当滑块至 少以加速度a ＝ 向左运动时，小球对滑块的压力等 于零。当滑块以a ＝2g 的加速度向左运动时，线的拉力大小 F ＝

。

8.如图所示，质量分别为m 和2m 的两物体A 、B 叠放在一起，放在光滑的水平地面上，已知A 、B 间的最大摩擦力为A 物体重力的μ倍，若用水平力分别作用在A 或B 上，使A 、

B 保持相对静止做加速运动，则作用于A 、B 上的最大拉力F A 与F B 之比为多少？

9.如图所示，质量为80kg 的物体放在安装在小车上的水平磅称上，小车沿斜面无摩擦地向下运动，现观察到物体在磅秤上读数只有600N ，则斜面的倾角θ为多少？物体对磅秤的静摩擦力为多少？

10.如图所示，一根轻弹簧上端固定，下端挂一质量为m o 的平盘，盘中有一物体，质量为m ，当盘静止时，弹簧的长度比自然长度伸长了L 。今向下拉盘使弹簧再伸长△L 后停止，然后松手放开，设弹簧总处在弹性限度以内，刚刚松开手时盘对物体的支持力等于多少？

参考答案

典型例题：

例1.分析：物体A 和B 加速度相同，求它们之间的相互作用力，采取先整体后隔离的方法，先求出它们共同的加速度，然后再选取A 或B 为研究对象，求出它们之间的相互作用力。 解：对A 、B 整体分析，则F ＝（m 1+m 2）a 所以2

1m m F

a +=

求A 、B 间弹力F N 时以B 为研究对象，则F m m m a m F N 2

12

2+==

答案：B

说明：求A 、B 间弹力F N 时，也可以以A 为研究对象则： F －F N ＝m 1a

F －F N ＝

F m m m 211

+

故F N ＝F m m m 2

12

+

对A 、B 整体分析

F －μ（m 1+m 2）g=（m 1+m 2）a

g m m F

a μ-+=

2

1

再以B 为研究对象有F N －μm 2g ＝m 2a F N －μm 2g ＝m 2

g m m m F

22

1μ-+

2

12m m F

m F N +=

提示：先取整体研究，利用牛顿第二定律，求出共同的加速度

2

12121sin )(cos )(m m g m m g m m F a ++-+-=

α

αμ

＝

ααμsin cos 2

1g g m m F

--+

再取m 2研究，由牛顿第二定律得 F N －m 2gsin α－μm 2gcos α＝m 2a 整理得F m m m F N 2

12

+=

例2.解（1）为了使木板与斜面保持相对静止，必须满足木板在斜面上的合力为零，所以人施于木板的摩擦力F 应沿斜面向上，故人应加速下跑。现分别对人和木板应用牛顿第二定律得：

对木板：Mgsin θ＝F 。

对人：mgsin θ+F ＝ma 人（a 人为人对斜面的加速度）。 解得：a 人＝

θsin g m

m

M +，方向沿斜面向下。 （2）为了使人与斜面保持静止，必须满足人在木板上所受合力为零，所以木板施于人的摩擦力应沿斜面向上，故人相对木板向上跑，木板相对斜面向下滑，但人对斜面静止不动。现分别对人和木板应用牛顿第二定律，设木板对斜面的加速度为a 木，则：

对人：mgsin θ＝F 。 对木板：Mgsin θ+F=Ma 木。 解得：a 木＝

θsin g M

m

M +，方向沿斜面向下。即人相对木板向上加速跑动，而木板沿斜面向下滑动，所以人相对斜面静止不动。

答案：（1）（M+m ）gsin θ/m ，（2）（M+m ）gsin θ/M 。

针对训练

1.D

2.C

3.解：设物体的质量为m ，在竖直方向上有：mg=F ，F 为摩擦力

在临界情况下，F ＝μF N ，F N 为物体所受水平弹力。又由牛顿第二定律得： F N ＝ma

由以上各式得：加速度22/5.12/8

.010

s m s m m mg m F a N ====

μ 4.解：对小球由牛顿第二定律得：mgtg θ=ma ① 对整体，由牛顿第二定律得：F －μ(M+m)g=(M+m)a ② 由①②代入数据得：F ＝48N

能力训练

1.BC

2.D

3.A

4.B

5.C

6.0、

g 2

3

7.g 、mg 5 8.解：当力F 作用于A 上，且A 、B 刚好不发生相对滑动时，对B 由牛顿第二定律得：μmg=2ma ①

对整体同理得：F A ＝(m+2m)a ② 由①②得2

3mg

F A μ=

当力F 作用于B 上，且A 、B 刚好不发生相对滑动时，对A 由牛顿第二定律得：μμmg ＝ma ′ ③

对整体同理得F B ＝(m+2m)a ′④ 由③④得F B ＝3μmg 所以：F A :F B ＝1:2

9.解：取小车、物体、磅秤这个整体为研究对象，受 总重力Mg 、斜面的支持力N ，由牛顿第二定律得， Mgsin θ＝Ma ，∴a=gsin θ取物体为研究对象，受力 情况如图所示。

将加速度a 沿水平和竖直方向分解，则有 f 静＝macos θ＝mgsin θcos θ ① mg －N ＝masin θ＝mgsin 2θ ②

由式②得：N ＝mg －mgsin 2θ=mgcos 2θ，则cos θ＝mg

N

代入数据得，θ＝30° 由式①得，f 静＝mgsin θcos θ代入数据得f 静＝346N 。 根据牛顿第三定律，物体对磅秤的静摩擦力为346N 。

10.解：盘对物体的支持力，取决于物体状态，由于静止后向下拉盘，再松手加速上升状态，则物体所受合外力向上，有竖直向上的加速度，因此，求出它们的加速度，作用力就很容易求了。

将盘与物体看作一个系统，静止时：kL ＝(m+m 0)g ……① 再伸长△L 后，刚松手时，有k(L+△L)－(m+m 0)g=(m+m 0)a ……② 由①②式得g L

L

m m g m m L L k a ?=++-?+=

00)()(

刚松手时对物体F N －mg=ma

则盘对物体的支持力F N ＝mg+ma=mg(1+L

L

?)

mg N

a y