2010年经典物理模型--连接体问题的求解思路210.pdf

连接体问题的求解思路【例题精选】【例1】在光滑的水平面上放置着紧靠在一起的两个物体A 和B（如图），它们的质量分别为mA、mB。当用水平恒力F 推物体A 时，问：A、B 两物体的加速度多大？A物体对B 物体的作用力多大？分析：两个物体在推力的作用下在水平面上一定做匀加速直线运动。对整体来说符合牛顿第二定律；对于两个孤立的物体分别用牛顿第二定律也是正确的。因此，这一道连接体的问题可以有解。解：设物体运动的加速度为a，两物体间的作用力为T，把A、B 两个物体隔离出来画在右侧。因为物体组只在水平面上运动在竖直方向上是平衡的，所以分析每个物体受力时可以只讨论水平方向的受力。A 物体受水平向右的推力F 和水平向左的作用力T，B 物体只受一个水平向右的作用力T。对两个物体分别列牛顿第二定律的方程：对 mA满足 F T=mAa 对 mB满足 T=mBa 得 F=（mA mB）a 经解得：a=F/（mA mB）将式代入式可得 T=FmB/（mA mB）小结：解题时首先明确研究对象是其中的一个物体还是两个物体组成的物体组。如果本题只求运动的加速度，因为这时A、B 两物体间的作用力是物体组的内力和加速度无关，那么我们就可以物体组为研究对象直接列出式动力学方程求解。若要求两物体间的作用力就要用隔离法列两个物体的动力学方程了。对每个物体列动力学方程，通过解联立方程来求解是解决连接体问题最规范的解法，也是最保险的方法，同学们必须掌握。【例2】如图所示，5 个质量相同的木块并排放在光滑的水平桌面上，当用水平向右推力 F 推木块1，使它们共同向右加速运动时，求第2 与第3 块木块之间弹力及第4 与第5 块 木块之间的弹力。分析：仔细分析会发现这一道题与例1 几乎是一样的。把第1、第2 木块看作A 物体，把第3、4、5 木块看作B 物体，就和例1 完全一样了。因5 个木块一起向右运动时运动状态完全相同，可以用整体法求出系统的加速度（也是各个木块共同加速度）。再用隔离法求第 2 与第3 木块之间弹力，可以以第3、4、5 木块为一个研究对象，也可以第1、2 木块为一个研究对象。解：（1）如图所示，以5 个木块整体为研究对象。设每个木块质量为m，则 将第3、4、5 块木块隔离为一个研究对象，设第2 块木块对第3 块木块的弹力为N，其受力分析（如图），则 FmFmmaN53533 所以第2 与第3 木块之间弹力为。（2）将第5 木块隔离为一个研究对象（如图），设第 4 对第5 木块弹力为，则 所以第4 与第5 块木块之间弹力为。小结：从这道题可以看出当5 个木块一起向右加速运动时，各木块之间的相互作用力大小不同，其中“2”对“3”的作用力比“4”对“5”的作用力大，其原因是“2”对“3”的作用力N 要使3 个木块获加速度a，而“4”对“5”的弹力只使一个木块获得加速度a。思 考 题：如 图 所 示，光 滑 水 平 面 上 有 两 物 体用细线连接，设细线能承受的最大拉力为T，现用水平拉力F 拉系统，要使系统得到最大加速度F 应向哪个方向拉？（答：向左拉）【例3】如图所示，木块A 质量为1kg，木块B 质量为2kg，叠放在水平地面上，AB 之间最大静摩擦力为5N，B 与地面之间 摩 擦 系 数 为0.1，今用水平力F 作用于A，保持AB 相对静止的条件是 F 不超过 N。（）分析：当F 作用于A 上时，A 与 B 的受力分析如图所示。要使A、B 保持相对静止，A与 B 的加速度必须相等。B 的加速度最大值为：其中为 5N，代入上式 这也是A 的加速度最大值。又因 【例4】如图所示，一根轻质弹簧上端固定，下端挂一个质量为的平盘，盘中有一物体，质量为m，当盘静止时，弹簧的长度比其自然长度伸长了l，今向下拉盘，使弹簧再伸长后停止，然后松手，设弹簧总处在弹性限度内，则刚松手时盘对物体的支持力等于：A B C D 分析：根据题意由盘及物体组成的系统先后经过了三个状态：（1）盘中放物，弹簧被伸长，系统处于平衡态，此时有，（2）手对盘有向下拉力F，弹簧被再伸长了，系统仍平衡，即。（3）撤去拉力F 的瞬间，系统失去平衡。有向上的加速度，此时系统受合力的大小与撤去的力F 相等，方向与F 相反。可用整体法求出此刻系统的加速度，用隔离法以物体为对象，求出盘对物体的支持力。解：当盘与物的总重力跟弹簧弹力平衡时，有：刚松手时盘与物所受合力向上，大小为，此时盘与物的加速度 以物为对象，设盘对物的支持力为N，则 答案：A 【例5】一个箱子放在水平地面上，箱内有一固定的竖直杆，在杆上套着一个环，箱与杆的质量为M，环的质量为m，如图所示，已知环沿杆加速下滑，环与杆的摩擦力大小为f，则此时箱子对地面压力为：A B C D 分析：由于木箱与环的运动状态不同，木箱处于静止状态，环是加速下滑，解题时只能用隔离法。分别以环和木箱为对象，受 力 分 析 如 图（甲）（乙）所示，应注意环受摩擦力f 向上，而木箱受到摩擦力是向下的，又木箱处于平衡状态，所以对于木箱有 其中N 为地面对木箱的压力，与木箱对地面的压力大小相等，与题中已知f相等，所以C 选项是对的。答案：C。【专项训练】：一、选择正确答案：1、两物体与斜面之间的滑动摩擦系数相同，已知，它 们先后从同一斜面的顶端由静止开始自由下滑，则它们到达底端时的速度应满足：A B C D不确定 2、一个物体只在一个力F 作用下，做匀加速直线运动，从某时刻起，力F 逐渐变化，下述说法正确的是：A当F 减小时，物体速度也减小 B当F 减小时，物体速度还在增大 C当F 为零时，物体速度为零 D当力F 反向时，物体立刻向相反方向运动。3、一物体挂在弹簧秤下，弹簧秤的上端固定在电梯的天花板上，在下列哪种情况下弹簧秤的读数最小：A电梯匀加速上升，且 B电梯匀减速上升，且 C电梯匀加速下降，且 D电梯匀减速下降，且 4、在光滑的水平面上，质量为的物体受到力F 的作用，测得该物体的加速度为，则这个力的方向可能是：A水平 B斜向上方 C竖直向上 D斜向下方 5、用手托着30N 的物体以的加速度沿竖直方向向上作匀加速运动，物体对手的压力是：A 20N B 30N C 45N D 60N 6、“相同的合外力在一半的时间内使质量减半的物体移动的距离也减半”这句话在下列哪种情况下适用？A物体作初速度为零的匀加速直线运动 B物体作初速度不为零的匀加速直线运动 C物体作匀减速直线运动 D以上各种运动都不满足 7、如图所示，一个轻质弹簧，竖直固定在水平桌面上，一个球从弹簧的正上方竖直落下，从小球与弹簧接触开始直到弹簧被压缩到最短的过程中，小球的速度与加速度的大小变化情况是：A加速度越来越小，速度也越来越小 B加速度先变小后变大，速度一直减小 C加速度先变小后变大，速度先变大后变小 D加速度越来越大，速度越来越小 8、如图所示，两个质量相同的物体1 和 2 紧靠在一起，放在光滑水平桌面上，分别受到水平推力的作用，且，则1 与 2 之间作用力大小为 A B C D 二、填空：9、将物体从某一高度释放后，其速度随时间变化的图象如图所示，物体加速度是 ，若物体的重力为 1N，则空气阻力为 N。10、恒力F 作用在甲物体上，可使甲从静止开始运动54m 用 3s 时间，当该恒力作用在乙物体上，能使乙在3s 内速度由8m/s 变到4m/s。现把甲、乙绑在一起，在恒力F 作用下它们的加速度的大小是 。从静止开始运动3s 内的位移是 。11、如图所示，三个质量相同的木块顺次连接，放在水平桌面上，物体与平面间，用力F 拉三个物体，它们运动的加速度为，若去掉最后一个物体，前两物体的加速度为 。12、如图所示，在水平力F=12N 的作用下，放在光滑水平面上的，运动的位移s 与时间t 满足关系式：，该物体运动的初速度 ，该物体的质量=。若 改 用 下 图 装 置 拉 动，使的运动状态与前面相同，则的质量应为 。（不计摩擦）三、计算题：13、把一个物体放在倾角为的斜面上时，它恰好匀速下滑，若把斜面倾角改为，求物体下滑的加速度。【答案】一、选择题：1、B 2、B 3、B 4、B C D 5、C 6、A B C 7、C 8、C 二、填空题：9、9，0.1 10、3，13.5 11、2.5 12、4，2kg，3kg 三、计算题：13、5.81（提示：当当时，不变，）