牛頓第二定律整體法隔離法專題分析ppt課件.ppt

高一物理整體法與隔離法專題 1 一 連接體問題當(dāng)兩個(gè)或兩個(gè)以上的物體之間通過輕繩 輕桿相連或直接接觸一起運(yùn)動(dòng)的問題 二 整體法與隔離法1 當(dāng)研究問題中涉及多個(gè)物體組成的系統(tǒng)時(shí) 通常把研究對(duì)象從系統(tǒng)中 隔離 出來(lái) 單獨(dú)進(jìn)行受力及運(yùn)動(dòng)情況的分析 這叫隔離法 2 系統(tǒng)中各物體加速度相同時(shí) 我們可以把系統(tǒng)中的物體看做一個(gè)整體 然后分析整體受力 由F ma求出整體加速度 再作進(jìn)一步分析 這種方法叫整體法 3 解決連接體問題時(shí) 經(jīng)常要把整體法與隔離法結(jié)合起來(lái)應(yīng)用 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 2 簡(jiǎn)單連接體問題的處理方法 在連接體問題中 如果不要求知道各個(gè)運(yùn)動(dòng)物體之間的相互作用力 并且各個(gè)物體具有大小和方向都相同的加速度 就可以把它們看成一個(gè)整體 當(dāng)成一個(gè)質(zhì)點(diǎn) 分析受到的外力和運(yùn)動(dòng)情況 應(yīng)用牛頓第二定律求出加速度 或其他未知量 如果需知道物體之間的相互作用力 就需要把物體從系統(tǒng)中隔離出來(lái)將內(nèi)力轉(zhuǎn)化為外力 分析物體的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況 并分別應(yīng)用牛頓第二定律列出方程 隔離法和整體法是互相依存 互相補(bǔ)充的 兩種方法互相配合交替應(yīng)用 常能更有效地解決有關(guān)連接體的問題 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 3 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 連接體問題可以分為三大類1 連接體中各物體均處于平衡狀態(tài)2 各物體具有相同的加速度3 連接體中一個(gè)物體靜止 另一個(gè)物體加速 4 有相互作用力的系統(tǒng) 例1 放在水平桌面上的一木塊 其質(zhì)量為m 在水平向右的推力F作用下 向右運(yùn)動(dòng) 求木塊的加速度為多少 思考 將木塊分成質(zhì)量分別為m1 m2的A B兩塊 仍在推力F作用下運(yùn)動(dòng) 那么A B的加速度是否與原來(lái)的加速度相同 整體法與隔離法 5 思考 求A對(duì)B的作用力大小 對(duì)B受力分析 6 思考 用水平推力F向左推 A B間的作用力與原來(lái)相同嗎 對(duì)A受力分析 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 7 練習(xí) 如圖所示 小車沿傾角為 的光滑斜面滑下 在小車的水平臺(tái)面上有一質(zhì)量為M的木塊和小車保持相對(duì)靜止 求 1 小車下滑時(shí)木塊所受的摩擦力 2 小車下滑時(shí)木塊所受的彈力 審題 這里由于木塊與小車在運(yùn)動(dòng)過程中相對(duì)靜止 它們具有相同的加速度 所以先采用整體分析法 求出木塊和小車這個(gè)系統(tǒng)的整體加速度 a gsin 這樣M的加速度就求出 由于木塊所受的彈力和摩擦力對(duì)小車和木塊這個(gè)系統(tǒng)來(lái)說是內(nèi)力 所以必須將木塊從系統(tǒng)中隔離出來(lái)分析 8 可見解題時(shí)合理選取坐標(biāo)軸會(huì)給解題帶來(lái)方便 先畫出木塊的受力圖和加速度的方向 為了解題方便 本題應(yīng)將加速度分解 假如按習(xí)慣把重力 彈力 摩擦力分解 問題就復(fù)雜得多 mgsin fcos Nsin mamgcos Ncos fsin 0 則f max mgsin cos mg N mayN mg mgsin sin N mg 1 sin2 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 9 練習(xí) 2002年江蘇大綜合第28題 如圖所示 物體a b和c疊放在水平桌面上 水平為Fb 5N Fc 10N分別作用于物體b c上 a b和c仍保持靜止 以f1 f2 f3分別表示a與b b與c c與桌面間的靜摩擦力的大小 則Af1 5N f2 0 f3 5NBf1 5N f2 5N f3 0Cf1 0 f2 5N f3 5NDf1 0 f2 10N f3 5N 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 10 為求a與b間的摩擦力用隔離法研究a f1 0 為求b與c間的摩擦力用隔離法研究ab f2 5N 為求c與桌面間的摩擦力用整體法研究abc f3 5N 11 例2 如圖所示 靜止的A B兩物體疊放在光滑水平面上 已知它們的質(zhì)量關(guān)系是mA mB 用水平恒力拉A物體 使兩物體向右運(yùn)動(dòng) 但不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) 拉力的最大值為F1 改用水平恒力拉B物體 同樣使兩物體向右運(yùn)動(dòng) 但不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng) 拉力的最大值為F2 比較F1與F2的大小 正確的是A F1 F2B F1 F2C F1 F2D 無(wú)法比較大小A 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 12 練習(xí) 如圖所示 物體A放在物體B上 物體B放在光滑的水平面上 已知mA 6kg mB 2kg A B間動(dòng)摩擦因數(shù) 0 2 A物上系一細(xì)線 細(xì)線能承受的最大拉力是20N 水平向右拉細(xì)線 假設(shè)A B之間最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力 在細(xì)線不被拉斷的情況下 下述中正確的是 g 10m s2 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 A 當(dāng)拉力F 12N時(shí) A靜止不動(dòng)B 當(dāng)拉力F 12N時(shí) A相對(duì)B滑動(dòng)C 當(dāng)拉力F 16N時(shí) B受A摩擦力等于4ND 無(wú)論拉力F多大 A相對(duì)B始終靜止 CD 13 解析 要判斷A B是否有相對(duì)滑動(dòng) 可假設(shè)F F0時(shí) A B間的摩擦力達(dá)到最大值 求出此時(shí)拉力的數(shù)值F0 若F F0 則A B有相對(duì)滑動(dòng) 若F F0 則A B無(wú)相對(duì)滑動(dòng) A B間的最大靜摩擦力為f0 mAg 0 2 6 10 12N 當(dāng)A B間的靜摩擦力f f0時(shí) 由牛頓第二定律得 對(duì)B mAg mBa a mAg mB 0 2 6 10 2 6m s2 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 14 對(duì)A B整體 F0 mA mB a 6 2 6 48N 可見 F 48N時(shí) A B均可保持相對(duì)靜止而一起做加速運(yùn)動(dòng)因細(xì)線能承受最大拉力為20N 48N 故在細(xì)線不斷的情況下無(wú)論F多大 A B總相對(duì)靜止當(dāng)F 16N時(shí) A B共同運(yùn)動(dòng) 則a F mA mB 16 6 2 2m s2 此時(shí)f mBa 2 2 4N 本題答案 CD 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 15 解題回顧 在判斷A B間是否發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)時(shí) 不能主觀地認(rèn)為F0 f0 這是許多同學(xué)在解決此類問題時(shí)常犯的錯(cuò)誤 請(qǐng)同學(xué)們仔細(xì)本會(huì)A B相對(duì)滑動(dòng)的條件 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 16 有相互作用力的系統(tǒng) 練習(xí) A B的質(zhì)量分別為m1和m2 疊放置于光滑的水平地面上 現(xiàn)用水平力拉A時(shí) A B一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度為a1 若用水平力改拉B時(shí) A B一起運(yùn)動(dòng)的最大加速度為a2 則a1 a2等于 A1 1Bm1 m2Cm2 m1Dm12 m22 整體法與隔離法 17 例3 水平桌面上放著質(zhì)量為M的滑塊 用細(xì)繩通過定滑輪與質(zhì)量為m的物體相連 滑塊向右加速運(yùn)動(dòng) 已知滑塊與桌面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為 試求滑塊運(yùn)動(dòng)的加速度和細(xì)繩中的張力 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 18 例4 A B C三個(gè)物體質(zhì)量分別為m1 m2和m3 帶有滑輪的物體放在光滑的水平面上 滑輪和所有接觸處的摩擦及繩的質(zhì)量不計(jì) 為使三個(gè)物體無(wú)相對(duì)運(yùn)動(dòng) 則水平推力F為多少 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 19 因三物體加速度相同 本題可用整體法 解 研究整體F m1 m2 m3 a 為求a再研究m1 m1的受力圖如右 T m1a為求T研究m2T m2g 故a m2g m1F m1 m2 m3 aF m1 m2 m3 m2g m1 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 20 例5 如圖所示 底座A上裝有長(zhǎng)為0 5m的直立桿 底座與桿總質(zhì)量為0 2kg 桿上套有質(zhì)量為0 05kg的小環(huán)B 它與桿有摩擦 若環(huán)從桿的下端以4m s的初速度向上飛時(shí)恰能到達(dá)桿頂 求 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 1 在環(huán)升起的過程中底座對(duì)地面的壓力 2 小環(huán)從桿頂落回底座需要多少時(shí)間 21 選擇研究對(duì)象 因?yàn)锳與B的加速度不同 本題宜用隔離法 解 先研究B 畫B的受力圖 vt2 v02 2asa 16m s2G Ff maFf m a g 0 3N 再研究A畫A的受力圖 Fn Ff GaFn 1 7N 環(huán)下落時(shí)摩擦力向上 a2 4m s2t 0 5s 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 22 練習(xí)1 如圖示 兩物塊質(zhì)量為M和m 用繩連接后放在傾角為 的斜面上 物塊和斜面的動(dòng)摩擦因素為 用沿斜面向上的恒力F拉物塊M運(yùn)動(dòng) 求中間繩子的張力 由牛頓運(yùn)動(dòng)定律 解 畫出M和m的受力圖如圖示 對(duì)M有F T Mgsin Mgcos Ma 1 對(duì)m有T mgsin mgcos ma 2 a F M m gsin gcos 3 3 代入 2 式得 T m a gsin gcos mF M m 由上式可知 T的大小與運(yùn)動(dòng)情況無(wú)關(guān) T的大小與 無(wú)關(guān) T的大小與 無(wú)關(guān) 23 練習(xí)2 如圖所示 置于水平面上的相同材料的m和M用輕繩連接 在M上施一水平力F 恒力 使兩物體作勻加速直線運(yùn)動(dòng) 對(duì)兩物體間細(xì)繩拉力正確的說法是 A 水平面光滑時(shí) 繩拉力等于mF M m B 水平面不光滑時(shí) 繩拉力等于mF M m C 水平面不光滑時(shí) 繩拉力大于mF M m D 水平面不光滑時(shí) 繩拉力小于mF M m 解 由上題結(jié)論 T的大小與 無(wú)關(guān) 應(yīng)選AB AB 24 3 如圖所示五個(gè)相同的木塊并排放在水平地面上 與地面光滑接觸 當(dāng)用水平力F推第1塊使它們以共同的加速度運(yùn)動(dòng)時(shí) 第2塊對(duì)第3塊的推力為 思考 如果水平地面是粗糙的又如何 3F 5 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 25 4 光滑水平桌面上的小車A通過細(xì)繩和砝碼盤B相連 在下列操作中 一定可使繩拉力增大的是 A 在A中再增加一些砝碼B 在B中再增加一些砝碼C 將A中砝碼取出一些放入B中D 將B中砝碼取出一些放入A中 解 由牛頓第二定律 mBg T mBa T mAa A B對(duì) 對(duì)于C D選項(xiàng) mA mB 為恒量 只有當(dāng)mA mB時(shí) mA mB才最大 C D錯(cuò) AB 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 26 5 某同學(xué)欲用如圖所示的裝置來(lái)驗(yàn)證機(jī)械能守恒定律 P Q為記錄重物A運(yùn)動(dòng)情況的兩個(gè)光電門 A B為兩重物 用跨過滑輪的細(xì)線連接 其中mA 2kg 細(xì)線 滑輪質(zhì)量以及摩擦均可不計(jì) 為了保證無(wú)論B物體質(zhì)量多大 實(shí)驗(yàn)都能順利進(jìn)行 該同學(xué)應(yīng)選用抗拉能力至少是多大的繩索 L 來(lái)懸掛滑輪 g取10m s2 A 150NB 80NC 40ND 20N 解 A向上加速運(yùn)動(dòng) FL 2T 80N B 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 27 6 質(zhì)量分別為MA 2kg MB 3kg的兩物體通過繞定滑輪的細(xì)線系在彈簧秤的兩端 問 彈簧秤的讀數(shù)多大 細(xì)線 滑輪及彈簧秤質(zhì)量 摩擦均忽略不計(jì) 猜 NO 28 7 如圖所示 用輕質(zhì)細(xì)繩聯(lián)結(jié)的A和B兩個(gè)物體 沿著傾角為 的斜面以相同的加速度下滑 A和B與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)分別為 A和 B 求A和B之間的細(xì)繩上的彈力 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 29 對(duì)A和B整體分析受力 如圖所示 由牛頓第二定律 mA mB g N fA fB 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 30 對(duì)A分析受力 如圖所示 設(shè)彈力存在且為T N fA T mAg 由牛頓第二定律 當(dāng) T 0 當(dāng) T 0 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 31 一 連接體 問題的特點(diǎn) 1 各個(gè)物體的速度大小相同 2 各個(gè)物體的加速度大小相同 二 連接體 問題解題的關(guān)鍵是 1 合理地選擇研究對(duì)象 2 正確地進(jìn)行受力分析 3 準(zhǔn)確地分析物體的運(yùn)動(dòng)情況 注意臨界狀態(tài) 三 連接體 問題的解題方法 整體法和隔離法相結(jié)合 1 已知外力求內(nèi)力 先整體法求加速度 再隔離法求內(nèi)力 2 已知內(nèi)力求外力 先隔離法求加速度 再整體法求外力 32 8 如圖 甲 所示 一根質(zhì)量可以忽略不計(jì)的輕彈簧 勁度系數(shù)為k 下面懸掛一個(gè)質(zhì)量為m的砝碼A 手拿一塊質(zhì)量為M的木板B 用木板B托住A往上壓縮彈簧 如圖 乙 所示 此時(shí)如果突然撤去木板B 則A向下運(yùn)動(dòng)的加速度為a a g 現(xiàn)用手控制使B以加速度a 3向下作勻加速直線運(yùn)動(dòng) 1 求砝碼A作勻加速直線運(yùn)動(dòng)的時(shí)間 2 求出這段運(yùn)動(dòng)過程的起始和終止時(shí)刻手對(duì)木板B的作用力的表達(dá)式 并說明已知的各物理量間滿足怎樣的關(guān)系 上述兩個(gè)時(shí)刻手對(duì)木板的作用力的方向相反 有相互作用力的系統(tǒng) 整體法與隔離法 33 B托住A使彈簧被壓縮 撤去B瞬間 因彈簧彈力F來(lái)不及改變 彈力F和物體重力方向