连接体问题专题详细讲解(13页).doc
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1、-连接体问题专题详细讲解-第 - 12 - 页连接体问题一、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,称为连接体。如果把其中某个物体隔离出来,该物体即为隔离体。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外力,而系统内各物体间的相互作用力为内力。应用牛顿第二定律列方程不考虑内力。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外力。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加速度相同,求加速度时可以把连接体作为一个整体。运用牛顿第二定律列方程求解。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,对该物体应用牛顿第二定
2、律求解,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,往往是先用整体法法求出加速度,再用隔离法法求物体受力。简单连接体问题的分析方法1连接体:两个(或两个以上)有相互作用的物体组成的具有相同大小加速度的整体。2“整体法”:把整个系统作为一个研究对象来分析(即当做一个质点来考虑)。注意:此方法适用于系统中各部分物体的加速度大小方向相同情况。3“隔离法”:把系统中各个部分(或某一部分)隔离作为一个单独的研究对象来分析。注意:此方法对于系统
3、中各部分物体的加速度大小、方向相同或不相同情况均适用。4“整体法”和“隔离法”的选择求各部分加速度相同的连结体的加速度或合外力时,优选考虑“整体法”;如果还要求物体之间的作用力,再用“隔离法”,且一定是从要求作用力的那个作用面将物体进行隔离;如果连结体中各部分加速度不同,一般都是选用“隔离法”。5若题中给出的物体运动状态(或过程)有多个,应对不同状态(或过程)用“整体法”或“隔离法”进行受力分析,再列方程求解。针对训练1如图用轻质杆连接的物体AB沿斜面下滑,试分析在下列条件下,杆受到的力是拉力还是压力。(1)斜面光滑;(2)斜面粗糙。解析解决这个问题的最好方法是假设法。即假定A、B间的杆不存在
4、,此时同时释放A、B,若斜面光滑,A、B运动的加速度均为a=gsin,则以后的运动中A、B间的距离始终不变,此时若将杆再搭上,显然杆既不受拉力,也不受压力。若斜面粗糙,A、B单独运动时的加速度都可表示为:a=gsin-gcos,显然,若a、b两物体与斜面间的动摩擦因数A=B,则有aA=aB,杆仍然不受力,若AB,则aAaB,A、B间的距离会缩短,搭上杆后,杆会受到压力,若AB,则aAaB杆便受到拉力。答案(1)斜面光滑杆既不受拉力,也不受压力(2)斜面粗糙AB杆不受拉力,受压力斜面粗糙AB杆受拉力,不受压力类型二、“假设法”分析物体受力【例题2】在一正方形的小盒内装一圆球,盒与球一起沿倾角为的
5、斜面下滑,如图所示,若不存在摩擦,当角增大时,下滑过程中圆球对方盒前壁压力T及对方盒底面的压力N将如何变化?(提示:令T不为零,用整体法和隔离法分析)( )AN变小,T变大; BN变小,T为零;CN变小,T变小; DN不变,T变大。点拨物体间有没有相互作用,可以假设不存在,看其加速度的大小。解析假设球与盒子分开各自下滑,则各自的加速度均为a=gsin,即“一样快”T=0对球在垂直于斜面方向上:N=mgcosN随增大而减小。答案B 针对训练1如图所示,火车箱中有一倾角为30的斜面,当火车以10m/s2的加速度沿水平方向向左运动时,斜面上的物体m还是与车箱相对静止,分析物体m所受的摩擦力的方向。
6、解析(1)方法一:m受三个力作用:重力mg,弹力N,静摩擦力的方向难以确定,我们可假定这个力不存在,那么如图,mg与N在水平方向只能产生大小F=mgtg的合力,此合力只能产生gtg30=g/3的加速度,小于题目给定的加速度,合力不足,故斜面对物体的静摩擦力沿斜面向下。(2)方法二:如图,假定所受的静摩擦力沿斜面向上,用正交分解法有:Ncos30+fsin30=mg Nsin30-fcos30=ma 联立得f=5(1-)m N,为负值,说明f的方向与假定的方向相反,应是沿斜面向下。答案静摩擦力 沿斜面向下类型一、“整体法”与“隔离法”【例题1】如图所示,A、B两个滑块用短细线(长度可以忽略)相连
7、放在斜面上,从静止开始共同下滑,经过0.5s,细线自行断掉,求再经过1s,两个滑块之间的距离。已知:滑块A的质量为3kg,与斜面间的动摩擦因数是0.25;滑块B的质量为2kg,与斜面间的动摩擦因数是0.75;sin37=0.6,cos37=0.8。斜面倾角=37,斜面足够长,计算过程中取g=10m/s2。点拨此题考查“整体法”与“隔离法”。解析设A、B的质量分别为m1、m2,与斜面间动摩擦因数分别为1、2。细线未断之前,以A、B整体为研究对象,设其加速度为a,根据牛顿第二定律有(m1+m2)gsin-1m1gcos-2m2gcos=(m1+m2)aa=gsin-=2.4m/s2。经0.5 s细
8、线自行断掉时的速度为v=at1=1.2m/s。细线断掉后,以A为研究对象,设其加速度为a1,根据牛顿第二定律有:a1=g(sin-1cos)=4m/s2。滑块A在t21 s时间内的位移为x1=vt2+,又以B为研究对象,通过计算有m2gsin=2m2gcos,则a2=0,即B做匀速运动,它在t21 s时间内的位移为x2=vt2,则两滑块之间的距离为x=x1-x2=vt2+-vt2=2m答案2m类型三、“整体法”和“隔离法”综合应用【例题3】如图所示,一内表面光滑的凹形球面小车,半径R=28.2cm,车内有一小球,当小车以恒定加速度向右运动时,小球沿凹形球面上升的最大高度为8.2cm,若小球的质
9、量m=0.5kg,小车质量M=4.5kg,应用多大水平力推车?(水平面光滑)点拨整体法和隔离法的综合应用。解析小球上升到最大高度后,小球与小车有相同的水平加速度a,以小球和车整体为研究对象,该整体在水平面上只受推力F的作用,则根据牛顿第二定律,有:F=(M+m)a 以小球为研究对象,受力情况如图所示,则:F合=mgcot=ma 而cot= 由式得:a=10m/s2将a代入得:F=50N。答案50N 针对训练1如图所示,一根轻质弹簧上端固定,下端挂一质量为m0的平盘,盘中有物体质量为m,当盘静止时,弹簧伸长了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内,则刚刚松开手时
10、盘对物体的支持力等于( )A(1+)(m+m0)gB(1+)mgCmg D(m+m0)g解析题目描述主要有两个状态:(1)未用手拉时盘处于静止状态;(2)刚松手时盘处于向上加速状态。对这两个状态分析即可:(1)过程一:当弹簧伸长l静止时,对整体有:kl=(m+m0)g (2)过程二:弹簧再伸长l后静止(因向下拉力未知,故先不列式)。(3)过程三:刚松手瞬间,由于盘和物体的惯性,在此瞬间可认为弹簧力不改变。对整体有:k(l+l)-(m+m0)g=(m+m0)a 对m有:N-mg=ma 由解得:N=(1+l/l)mg。答案B2如图所示,两个质量相同的物体1和2紧靠在一起,放在光滑的水平桌面上,如果
11、它们分别受到水平推力F1和F2作用,而且F1F2,则1施于2的作用力大小为( )AF1 BF2C(F1+F2) D(F1-F)。解析因两个物体同一方向以相同加速度运动,因此可把两个物体当作一个整体,这个整体受力如图所示,设每个物体质量为m,则整体质量为2m。对整体:F1-F2=2ma,a=(F1-F2)/2m。把1和2隔离,对2受力分析如图(也可以对1受力分析,列式)对2:N2-F2=ma,N2=ma+F2=m(F1-F2)/2m+F2=(F1+F2)/2。答案C 类型四、临界问题的处理方法【例题4】如图所示,小车质量M为2.0kg,与水平地面阻力忽略不计,物体质量m=0.50kg,物体与小车
12、间的动摩擦因数为0.3,则:(1)小车在外力作用下以1.2m/s2的加速度向右运动时,物体受摩擦力是多大?(2)欲使小车产生3.5m/s2的加速度,给小车需要提供多大的水平推力?(3)若小车长L=1m,静止小车在8.5N水平推力作用下,物体由车的右端 向左滑动,滑离小车需多长时间?点拨本题考查连接体中的临界问题解析m与M间的最大静摩擦力Ff=mmg=1.5N,当m与M恰好相对滑动时的加速度为:Ff=ma a=3m/s2(1) 当a=1.2m/s2时,m未相对滑动,则Ff=ma=0.6N(2) 当a=3.5m/s2时,m与M相对滑动,则Ff=ma=1.5N,隔离M有F-Ff=MaF=Ff+Ma=
13、8.5N(3) 当F=8.5N时,a车=3.5m/s2,a物=3m/s2,a相对= a车- a物=0.5 m/s2,由L=a相对t2,得t=2s。答案(1)0.6N (2)8.5N (3)2s 针对训练1如图所示,在倾角为的光滑斜面上端系一劲度系数为k的轻弹簧,弹簧下端连有一质量为m的小球,球被一垂直于斜面的挡板A挡住,此时弹簧没有形变。若手持挡板A以加速度a(agsin)沿斜面匀加速下滑,求,(1)从挡板开始运动到球与挡板分离所经历的时间;(2)从挡板开始运动到球速达到最大,球所经过的最小路程。解析(1)当球与挡板分离时,挡板对球的作用力为零,对球由牛顿第二定律得,则球做匀加速运动的位移为x
14、=。当x=at2得,从挡板开始运动到球与挡板分离所经历的时间为t= =。(2)球速最大时,其加速度为零,则有kx=mgsin,球从开始运动到球速最大,它所经历的最小路程为x=。答案(1) (2)mgsin/k2如图所示,自由下落的小球下落一段时间后,与弹簧接触,从它接触弹簧开始,到弹簧压缩到最短的过程中,小球的速度、加速度、合外力的变化情况是怎样的?(按论述题要求解答)解析先用“极限法”简单分析。在弹簧的最上端:小球合力向下(mgkx),小球必加速向下;在弹簧最下端:末速为零,必定有减速过程,亦即有合力向上(与v反向)的过程。此题并非一个过程,要用“程序法”分析。具体分析如下:小球接触弹簧时受
15、两个力作用:向下的重力和向上的弹力(其中重力为恒力)。向下压缩过程可分为:两个过程和一个临界点。(1)过程一:在接触的头一阶段,重力大于弹力,小球合力向下,且不断变小(F合=mg-kx,而x增大),因而加速度减少(a=F合/m),由于a与v同向,因此速度继续变大。(2)临界点:当弹力增大到大小等于重力时,合外力为零,加速度为零,速度达到最大。(3)过程二:之后小球由于惯性仍向下运动,但弹力大于重力,合力向上且逐渐变大(F合= kx-mg)因而加速度向上且变大,因此速度减小至零。(注意:小球不会静止在最低点,将被弹簧上推向上运动,请同学们自己分析以后的运动情况)。答案综上分析得:小球向下压弹簧过
16、程,F合方向先向下后向上,大小先变小后变大;a方向先向下后向上,大小先变小后变大;v方向向下,大小先变大后变小。(向上推的过程也是先加速后减速)。类型五、不同加速度时的“隔离法”【例题5】如图,底坐A上装有一根直立长杆,其总质量为M,杆上套有质量为m的环B,它与杆有摩擦,当环从底座以初速v向上飞起时(底座保持静止),环的加速度为a,求环在升起和下落的过程中,底座对水平面的压力分别是多大?点拨不同加速度时的“隔离法”。解析此题有两个物体又有两个过程,故用“程序法”和“隔离法”分析如下:(1)环上升时这两个物体的受力如图所示。对环: f+mg=ma 对底座: f+N1-Mg=0而f=f N1=Mg
17、m(a-g)。(2)环下落时,环和底座的受力如图所示。对环:环受到的动摩擦力大小不变。对底座: Mg+fN2=0 联立解得:N2=Mg+m(a-g)答案上升 N1=Mg-m(a-g) 下降 N2=Mg+m(a-g)归纳:通过例题的解答过程,可总结出解题以下方法和步骤:1确定研究对象;2明确物理过程;3画好受力分析图;4用合成法或正交分解法求合力,列方程。5求解、验证、甚至讨论。 针对训练1如图所示,在倾角为的光滑斜面上,有两个用轻质弹簧相连接的物块A和B,它们的质量分别为mA、mB,弹簧的劲度系数为k,C为一固定挡板。系统处于静止状态。现开始用一恒力F沿斜面方向拉物块A使之向上运动,求物块B刚
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