整体法与隔离法在平衡问题中的应用教案
-CAL-FENGHAI-(2020YEAR-YICAI)_JINGBIAN
第24点整体法与隔离法在平衡问题中的应用
对于由多个物体组成的系统进行受力分析时,一般要使用“整体法”和“隔离法”.所谓整体法,是把两个或两个以上的物体组成的系统作为一个整体来研究的分析方法.所谓隔离法,是将所确定的研究对象从周围物体中隔离出来的分析方法,目的是便于进一步对该物体进行受力分析,得出与之关联的力.整体法和隔离法是相互依存、相互补充的,两种方法相互配合、交替使用,能更有效地解决有关系统的问题.一般只涉及系统外部对系统的作用力时,优先选用整体法;而涉及系统内物体间相互作用力时,必须选用隔离法.
对点例题如图1所示,倾角为θ的斜面体C置于水平地面上,小物块B置于斜面上,通过细绳跨过光滑的定滑轮与物体A相连接,连接B的一段细绳与斜面平行,已知A、B、C都处于静止状态.则( )
图1
A.B受到C的摩擦力一定不为零
B.C受到地面的摩擦力一定为零
C.C有沿地面向右滑动的趋势,一定受到地面向左的摩擦力
D.将细绳剪断,若物块B依然静止在斜面上,此时地面对C的摩擦力为0
解题指导若绳对B的拉力恰好与B的重力沿斜面向下的分力平衡,则B与C间的摩擦力为零,A项错误;将B和C看成一个整体,则B和C受到细绳向右上方的拉力作用,故C有向右滑动的趋势,一定受到地面向左的摩擦力,B项错误,C项正确;将细绳剪断,若物块B依然静止在斜面上,利用整体法判断,B、C系统在水平方向不受其他外力作用,处于平衡状态,则地面对C的摩擦力为0,D项正确.
答案CD
易错辨析本题易错选B项,原因是认为A、B、C整体处于静止状态,在水平方向上不受其他外力作用,所以地面对C的摩擦力为
零.其实在本例中,不能将A、B、C作为整体来分析,而要把B、C 作为整体来研究,这是因为上面的滑轮还要受到其他外力的作用.因此整体法和隔离法的选用要依据题目的具体情境合理选择.
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2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N和细绳上的拉力T的变化情况是( )
图2
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
答案B
解析
以两环和细绳整体为研究对象,竖直方向只受重力和杆对P环的支持力N,N和两环的重力平衡,N=2mg,所以N不变.以Q环为研究对象,受力如图所示,根据竖直方向受力平衡,可得T cos θ=mg,将P环向左移一小段距离,θ变小,cos θ变大,细绳上的拉力T变小,B项正确.
2.如图3所示,木板B放在水平地面上,在木板B上放一重为1 200 N的物体A,物体A与木板B间、木板B与地面间的动摩擦因数均为,木板B重力不计,当用水平拉力F将木板B匀速拉出,绳与水平方向成30°角时,问绳的拉力T多大水平拉力F多大(重力加速度g=10 m/s2)
图3
答案248 N 430 N
解析(1)求绳的拉力T:隔离A,其受力如图所示
则水平方向上:T cos 30°-f1=0
竖直方向上:
T sin 30°+N1-G=0
而f1=μN1
联立以上三式解得T≈248 N
f1=T cos 30°≈215 N
(2)求水平拉力F:隔离B,其受力如图所示
A对B的摩擦力大小为f1′,地对B的摩擦力为f地,地对B的弹力大小N2=N1′,N1′=N1,f1=f1′
故拉力F=f地+f1′=μN2+μN1′=2f1=430 N
整体法与隔离法经典习题 1.粗糙水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块,其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连,木块间的动摩擦因数均为μ,木块与水平面间的动摩擦因数相同,可认为最大静摩擦力等于滑动摩擦力.现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块,使四个木块一起匀速前进。则需要满足的条件是( ) A.木块与水平面间的动摩擦因数最大为 B.木块与水平面间的动摩擦因数最大为 C.水平拉力F最大为2μmg D.水平拉力F最大为6μmg 2.如下图所示,重为G的匀质链条挂在等高的两钩上,并与水平方向成角,试求:(1)链条两端受到的力。??? (2)链条最低处的张力。 3.吊篮重300N,人重500N ,绳子质量及其与滑轮摩擦不计,要使吊 篮离地上升,则人的拉力至少多大? 4.有一直角支架AOB,AO水平放置,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 C.N变大,T变小 5.将长方形均匀木块锯成如图所示的三部分,其中B、C两部分完全 对称,现将三部分拼在一起放在粗糙水平面上,当用与木块左侧垂 直的水平向右力F作用时,木块恰能向右匀速运动,且A与B、A A O B P Q F A B C θ
与C均无相对滑动,图中的θ角及F为已知,求A与B之间的压力为多少? 6.如图所示,光滑的金属球B放在纵截面为等边三角形的物体A与坚直墙之间,恰好匀速下滑,已知物体A的重力是B重力的6倍,不计球跟斜面和墙之间的摩擦,问:物体A与水平面之间的动摩擦因数μ是多少? 7. 如图所示,质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上,三棱柱的斜面是 光滑的,且斜面倾角为θ.质量为m的光滑球B放在三棱柱和光滑竖直墙之 间.A、B处于静止状态,现对B加一竖直向下的力F,F的作用线过球心.设 墙对B的作用力为F1,B对A的作用力为F2,地面对A的支持力为F3,地 面对A的摩擦力为F4,若F缓慢增大而且整个装置仍保持静止,在此过程 中() A.F1保持不变,F3缓慢增大B.F2、F4缓慢增大 C.F1、F4缓慢增大D.F2缓慢增大,F3保持不变 8.如图所示,质量为m的物体在与斜面平行向上的拉力F作用下,沿着水平地面上质量为M 的粗糙斜面匀速上滑,在此过程中斜面保持静止,则地面对斜面() A.无摩擦力B.支持力等于(m+M)g C.支持力为(M+m)g-F sin θD.有水平向左的摩擦力,大小为F cos θ 9.如图所示,质量分别为m1、m2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(m1在地面上,m2在空中),力F与水平方向成θ角.则m1所受支持力F N和摩擦力F f正确的是() A.F N=m1g+m2g-F sin θB.F N=m1g+m2g-F cos θ C.F f=F cos θD.F f=F sin θ 10.如图所示,重为8N的球静止在与水平面成370角的光滑斜面上,并通过定滑轮与重4N 的物体A相连,光滑挡板与水平而垂直,不计滑轮的摩擦,绳子的质量,求斜面和挡板所受的压力(sin370=0.6)。
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)
物理总复习:正交分解法、整体法和隔离法 编稿:李传安 审稿:张金虎 【考纲要求】 1、理解牛顿第二定律,并会解决应用问题; 2、掌握应用整体法与隔离法解决牛顿第二定律问题的基本方法; 3、掌握应用正交分解法解决牛顿第二定律问题的基本方法; 4、掌握应用合成法解决牛顿第二定律问题的基本方法。 【考点梳理】 要点一、整体法与隔离法 1、连接体:由两个或两个以上的物体组成的物体系统称为连接体。 2、隔离体:把某个物体从系统中单独“隔离”出来,作为研究对象进行分析的方 法叫做隔离法(称为“隔离审查对象”)。 3、整体法:把相互作用的多个物体视为一个系统、整体进行分析研究的方法称为 整体法。 要点诠释: 处理连接体问题通常是整体法与隔离法配合使用。作为连接体的整体,一 般都是运动整体的加速度相同,可以由整体求解出加速度,然后应用于隔离后的每一部分;或者由隔离后的部分求解出加速度然后应用于整体。处理连接体问题的关键是整体法与隔离法的配合使用。隔离法和整体法是互相依存、互相补充的,两种方法互相配合交替使用,常能更有效地解决有关连接体问题。 要点二、正交分解法 当物体受到两个以上的力作用而产生加速度时,常用正交分解法解题,多数情况下是把 力正交分解在加速度方向和垂直加速度方向上,有: x F ma =(沿加速度方向) 0y F = (垂直于加速度方向) 特殊情况下分解加速度比分解力更简单。 要点诠释:正确画出受力图;建立直角坐标系,特别要注意把力或加速度分解在x 轴和 y 轴上;分别沿x 轴方向和y 轴方向应用牛顿第二定律列出方程。一般沿x 轴方向(加速度方向)列出合外力等于ma 的方程,沿y 轴方向求出支持力,再列出f N μ=的方程,联立解这三个方程求出加速度。 要点三、合成法 若物体只受两个力作用而产生加速度时,这是二力不平衡问题,通常应用合成法求解。 要点诠释:根据牛顿第二定律,利用平行四边形法则求出的两个力的合外力方向就是加速度方向。特别是两个力相互垂直或相等时,应用力的合成法比较简单。 【典型例题】 类型一、整体法和隔离法在牛顿第二定律中的应用 【高清课堂:牛顿第二定律及其应用1例4】 例1、如图所示,质量为2m 的物块A ,质量为m 的物块B ,A 、B 两物体与地面的摩 擦不计,在已知水平力F 的作用下,A 、B 一起做加速运动,A 对B 的作用力为________。 【答案】 3 F 【解析】取A 、B 整体为研究对象,与地面的摩擦不计,根据牛顿第二定律 由于A 、B 间的作用力是内力,所以必须用隔离法将其中的一个隔离出来,内力就变成外力了,就能应用牛顿第二定律了。设A 对B 的作用力为N ,隔离B, B 只受这个力作用 33F F N ma m m ==?=。
整体法与隔离法应用练 习题 IMB standardization office【IMB 5AB- IMBK 08- IMB 2C】
整体 法与隔离法应用练习题 1、 如图所示,质量为2m 的物块A 与水平地面的摩擦可忽略不计,质量为m 的 物块B 与地面的摩擦系数为μ.在已知水平推力F 的作用下,A 、B 作加速运动.A 对B 的作用力为____. 答案:3 2mg F μ+ 2、如图所示,在光滑水平面上放着两个物体,质量m 2=2m 1,相互接触面是光滑的,与水平面的夹有为α。用水平力F 推m 1,使两物体一起做加速运动,则两物体间的相互作用力的大小是_____。 解:取A 、B 系统为研究对像F=(m 1+m 2)a=3m 1a ∴1 3m F a = 取m 2为研究对像N x =Nsin α=m 2a ∴αsin 2a m N = =113sin 2m F m α=α sin 32F 3、如右图所示,斜面倾角为θ,连接体A 和B 的质量分别为A m ,B m ,用沿斜面向上的力F 拉B 使它们一起沿斜面向上运动,设连接A ,B 的细绳上的张力为T ,则(1)若 它们匀速沿斜面向上运动,F :T=,(2)若它们匀加速沿斜面向上运动,F :T=。 答案:A B A m m m :)(+A B A m m m :)(+ 4、质量分别为m 和M 的物体叠放在光滑水平桌面上,A 受恒力F 1的作用,B 受恒力F 2的作用,二力都沿水平向,且F 1>F 2,运动过程中A 、B 二物体保持相对静止,物体B 受到的摩擦力大小为___________,方向为_________________。 答案: m M MF MF ++2 1;水平向左。 5、如图所示,两个木块1、2中间夹一根轻弹簧放在光滑水平 F 12 F
word整理版 学习参考资料 牛顿运动定律应用(二) 专题复习:整体法和隔离法解决连接体问题 导学案 要点一整体法 1.光滑水平面上,放一倾角为θ的光滑斜木块,质量为m 的光滑物体放在斜面上,如图所示, 现对斜面施加力F. (1)若使M静止不动,F应为多大? (2)若使M与m保持相对静止,F应为多大? 答案:(1)21mgsin 2θ (2)(M+m)gtanθ 要点二隔离法 2.如图所示,质量为M的木箱放在水平面上,木箱中的立杆上套着一个质量为m的小球,开始时 小球在杆的顶端,由静止释放后,小球沿杆下滑的加速度为重力加速度的1/2,即a=g/2,则小 球在下滑的过程中,木箱对地面的压力为多少? 答案:
gmM22 题型1 隔离法的应用 【例1】如图所示,薄平板A长L=5 m,质量M=5 kg, 放在水平桌面上,板右端与桌边缘相齐.在 word整理版 学习参考资料 A上距其右端s=3 m处放一个质量m=2 kg的小物体B,已知A与B之间的动摩擦因数μ1=0.1, A、B两物体与桌面间的动摩擦因数μ2=0.2,最初系统静止.现在对板A向右施加一水平恒力F,将A从B下抽出(设B不会翻转),且恰使B停在桌面边缘,试求F的大小(取g=10 m/s2). 答案: 26 N 题型2 整体法与隔离法交替应用 【例2】如图所示,质量m=1 kg的物块放在倾斜角θ=37°的斜面上,斜面体的质量M=2 kg, 斜面与物体间的动摩擦因数μ=0.2,地面光滑.现对斜 面体施加一水平推力F,要使物体m 相对斜面静止,F应为多大?(设物体与斜面的最大静摩 擦力等于滑动摩擦力,g取10 m/s2) 答案: 14.34 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(