江蘇省海安縣曲塘中學(xué)(226661)

謝友軍●

例析高中物理常見連接體模型

江蘇省海安縣曲塘中學(xué)(226661)

謝友軍●

連接體問題高中物理的難點(diǎn)，也是高考的熱點(diǎn).許多學(xué)生在遇到連接體問題時(shí)不知該如何處理，本文以高中物理幾種常見的連接體模型為例，講述連接體問題處理的方法和技巧.

連接體；模型；高考物理

連接體是通過某種相互作用實(shí)現(xiàn)連接的物體，連接體問題涉及多個(gè)物體，具有較強(qiáng)的綜合性，是力學(xué)中考查的重點(diǎn)內(nèi)容.由于連接體涉及知識(shí)面廣，備受出題者青睞.處理連接體問題常用的方法有整體法和隔離法，每個(gè)方法都有自己的適用條件和范圍，下面我將結(jié)合具體例題進(jìn)行分析.

一、摩擦力連接

摩擦力連接的連接體分為靜摩擦力和滑動(dòng)摩擦力兩種，傳送帶是摩擦力連接的一種典型連接體，解題時(shí)要先弄清楚屬于靜摩擦力還是滑動(dòng)摩擦力，再判斷摩擦力的方向，最后根據(jù)已知條件選用整體法或者隔離法進(jìn)行求解.

圖1

例1 如圖1所示，兩塊相同的木板之間夾著四塊質(zhì)量均為m的相同的木塊，用兩個(gè)大小均為F的水平力壓木板，使木塊靜止不動(dòng)，則第一個(gè)木塊對(duì)第二個(gè)木塊的摩擦力大小為____.

圖2

解析 題中4塊木板通過摩擦力連接，要求第一個(gè)木板對(duì)第二個(gè)木板的摩擦力，可以選取第一個(gè)木板為研究對(duì)象，受到第二塊木板對(duì)它的摩擦力、重力和水平木板對(duì)它的摩擦力，由于第二塊木板對(duì)它的摩擦力大小方向都不知道，要先求水平木板對(duì)它的摩擦力.以4塊木板為整體，可求得左右兩塊水平木板對(duì)這個(gè)整體的摩擦力大小均為2mg，方向豎直向上.這是對(duì)木塊1進(jìn)行受力分析，如圖2所示，得第二塊木塊對(duì)第一個(gè)木塊的摩擦力為mg，方向豎直向下，由力的相互作用可知，第一個(gè)木塊對(duì)第二個(gè)木塊的摩擦力大小為mg.

點(diǎn)評(píng) 本題若選擇木塊2為研究對(duì)象，木塊1和木塊3對(duì)木塊2的摩擦力大小和方向均是未知的，無法求解，因此在解題時(shí)要注意研究對(duì)象的選擇.

二、細(xì)繩連接

輕細(xì)繩是高中物理中一個(gè)重要的物理模型，該模型的特點(diǎn)是只能產(chǎn)生沿細(xì)繩方向的拉力，不能產(chǎn)生對(duì)物體的支持力，輕繩上的拉力可以突變，即輕繩突然斷開時(shí)，斷開瞬間，輕繩上的拉力就突變?yōu)?.

圖3

例2 如圖3所示，一旋轉(zhuǎn)圓盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，甲、乙兩物塊用一根沿半徑方向的細(xì)繩連接，兩物塊質(zhì)量相等，且與圓盤的動(dòng)摩擦因數(shù)相同，當(dāng)圓盤轉(zhuǎn)速加快到兩物塊剛好還未發(fā)生滑動(dòng)時(shí)，某一時(shí)刻細(xì)繩突然斷開，則兩物塊的運(yùn)動(dòng)情況是( ).

A.兩物塊均沿切線方向滑出圓盤

B.兩物塊均沿半徑方向滑出圓盤

C.兩物塊仍和圓盤一起做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

D.甲仍隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，乙滑出圓盤

解析 在繩斷裂之前，兩個(gè)物塊做圓周運(yùn)動(dòng)的向心力由拉力和摩擦力的合力提供，由題意可知，兩物塊與圓盤之間的摩擦力均達(dá)到最大靜摩擦力.設(shè)細(xì)繩中的拉力為Ft，由于兩物塊都在同一圓盤上，角速度相同.對(duì)于甲物塊有：fm-Ft=mω2R1，對(duì)于乙物塊有：fm+Ft=mω2R2.繩斷裂后，F(xiàn)t=0，乙物塊最大靜摩擦力不足以提供圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，將做離心運(yùn)動(dòng)，滑出圓盤.而甲物塊所受摩擦力逐漸減小到mω2R1，繼續(xù)做圓周運(yùn)動(dòng).正確答案為D.

點(diǎn)評(píng) 這道題是通過細(xì)繩連接的連接體，當(dāng)物體在在同一圓盤上做角速度相同的圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，要注意分析好物體做圓周運(yùn)動(dòng)向心力的來源.同時(shí)要根據(jù)題目條件判斷那個(gè)物體先到達(dá)最大靜摩擦力的臨界條件.

三、彈簧連接

輕彈簧是高中物理中一種常見的理想化物理模型，在高考中，通常會(huì)以輕彈簧為載體，考查力的概念、物體的平衡、牛頓定律及能量轉(zhuǎn)化與守恒等知識(shí).對(duì)學(xué)生的綜合能力要求比較高，學(xué)生對(duì)此類題型應(yīng)當(dāng)足夠的重視.

圖4

例3 如圖4所示，輕質(zhì)彈簧上下端分別連接質(zhì)量為m的木塊1和質(zhì)量為M的木塊2，整個(gè)系統(tǒng)置于水平光滑木板上，保持靜止.某一時(shí)刻將木板沿水平方向突然抽出，求抽出的瞬間，木塊1,2的加速度大小a1,a2.

點(diǎn)評(píng) 本題屬于彈簧連接的連接體，是高中物理中常見的一種連接體，處理彈簧連接體時(shí)，要抓住彈簧的特點(diǎn).一是彈簧彈力的大小和方向時(shí)刻與彈簧的形變相對(duì)應(yīng)，二是彈簧中的彈力不能發(fā)生突變，與細(xì)繩中的拉力不同.

在解決連接體問題時(shí)，優(yōu)先考慮使用整體法，可以有效、快速、簡(jiǎn)潔地列出關(guān)于所求物理量的表達(dá)式，進(jìn)而求解.但是當(dāng)求解的物理量涉及系統(tǒng)內(nèi)部的運(yùn)動(dòng)時(shí)，應(yīng)當(dāng)采取隔離法，逐個(gè)進(jìn)行分析討論.學(xué)生需要大量的練習(xí)來熟練掌握處理連接體問題的方法和技巧，根據(jù)已知條件交替使用整體法和隔離法.

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