淺析整體法和隔離法在高中物理習(xí)題求解中的應(yīng)用

宋惠龍

(湖南省醴陵市第一中學(xué) 412200)

一、隔離法與整體法的基本內(nèi)涵

在習(xí)題求解過(guò)程中將研究對(duì)象聚焦到“部分”之中，將其從系統(tǒng)之中“隔離”出來(lái)進(jìn)行單獨(dú)的研究和分析，即為隔離法.整體法則是將研究的對(duì)象定位于整體上并對(duì)相關(guān)的規(guī)律進(jìn)行思考與研究.在高中物理習(xí)題求解過(guò)程中整體法與隔離法充分地貫穿其中，在動(dòng)量能量、連接體以及靜力學(xué)等物理習(xí)題的求解中有著廣泛應(yīng)用.在運(yùn)用中需要把握好三個(gè)核心的問(wèn)題：一個(gè)是方法的選用及研究對(duì)象的確定；一個(gè)是兩種方法在習(xí)題求解中的應(yīng)用順序；再一個(gè)就是受力分析方法的恰當(dāng)運(yùn)用.

二、在物理習(xí)題求解中隔離法與整體法應(yīng)用的思維方法

1.應(yīng)用于平衡狀態(tài)類習(xí)題求解

如圖1所示：有兩個(gè)物體，其質(zhì)量分別為m1和m2，它們以輕質(zhì)彈簧為媒介互相連接，對(duì)物體施加F力，此時(shí)m1和m2兩個(gè)物體均沿著水平方向進(jìn)行勻速直線運(yùn)動(dòng)，其中m2處于空中狀態(tài)，而m1則是位于地面之上，F(xiàn)力與水平方向之間的夾角為θ，需要求解的問(wèn)題是m1所受到的摩擦力f與支持力FN是？

在該問(wèn)題的思考中，可以將m1、m2及其他們的連接媒介彈簧作為一個(gè)整體來(lái)看待，m1和m2兩個(gè)物體所受到的彈簧力屬于內(nèi)力的范疇，因此可以忽略不計(jì).那么就可以對(duì)這一整體所收到的外部作用力進(jìn)行分析，如圖2所示，那么就可以分別從豎直和水平兩個(gè)方向列方程，即：f=Fcosθ

FN+Fsinθ=m1g+m2g-Fsinθ

求解上述方程：

F=Fcosθ

FN=m1g+m2g-Fsinθ

在這一物理習(xí)題的求解過(guò)程中如果選擇隔離法則需要對(duì)于m1和m2兩個(gè)物體分別受到的力進(jìn)行分析，在列方程的過(guò)程中也需要分別列，這樣就會(huì)讓問(wèn)題的過(guò)程變得復(fù)雜，列的方程不僅比較多，而且極為繁瑣，而運(yùn)用整體法則實(shí)現(xiàn)了問(wèn)題的簡(jiǎn)單求解.

2.應(yīng)用于牛頓定律類問(wèn)題求解

如圖3所示，用一個(gè)帶有彈簧的夾子將木塊固定住，通過(guò)外力F力的施加將木塊拉起來(lái)，假定夾子的質(zhì)量為m，木塊的質(zhì)量為M，木塊和夾子的連接部分兩側(cè)都受到靜摩擦力f力的影響，如果木塊在上升的過(guò)程之中保持不滑動(dòng)的狀態(tài)，需要求解的問(wèn)題是F的最大值.

此問(wèn)題中可以首先將小木塊拿出來(lái)作為一個(gè)部分看待，那么在小木塊的受力分析中運(yùn)用隔離法可以得到：2f-Mg=Ma，此時(shí)求得的木塊的最大加速度為a=2f/M-g.

同時(shí)，還需要對(duì)木塊和夾子構(gòu)成的整體進(jìn)行力的分析，由此可以得出F-(M+m)g=(M+m)a，通過(guò)計(jì)算得到F=2f(M+m)/M.

在這一習(xí)題的求解過(guò)程中先后運(yùn)用了隔離法與整體法，分別將小木塊作為部分、小木塊與夾子作為整體進(jìn)行研究對(duì)象的精準(zhǔn)確定.

3.應(yīng)用于非平衡狀態(tài)類問(wèn)題求解

如圖4所示：將一個(gè)木箱子置于地面上，該木箱子質(zhì)量為M，木箱上方有一拉桿，一小球套于拉桿上，其質(zhì)量為m，從拉桿的頂部將處于靜止?fàn)顟B(tài)的小球釋放下來(lái)，小球自然地沿著立桿下滑，保持0.4g的加速度，需要求解的問(wèn)題是：小球在向下滑落時(shí)，求木箱子對(duì)于地面的壓力？

可以將研究?jī)?nèi)容聚焦于小球，并對(duì)其受力進(jìn)行分析，小球受力包含：向上摩擦力f和向下重力mg.借助牛頓第二定律原理我們可以得出：mg-f=ma=0.4mg，推導(dǎo)出f=0.6mg.再將研究對(duì)象定位于木箱上，并對(duì)其受力進(jìn)行分析，可得知，木箱總共受到三個(gè)力的作用，即：地面支撐力F、小球?qū)δ鞠湎蛳碌哪Σ亮2和重力Mg，此時(shí)木箱處于靜止?fàn)顟B(tài).通過(guò)牛頓第二、第三定律分別得出

F=Mg+f2

F2=f

F=Mg+0.6mg

同時(shí)，還可以將研究對(duì)象定位于小球和木箱這一整

體上，并對(duì)其受力進(jìn)行分析，此時(shí)系統(tǒng)小球和木箱所受到的作用力包括兩個(gè)方面：一個(gè)是地面對(duì)木箱的支持力F，另一個(gè)則是系統(tǒng)所受到的重力(M+m)g.

通過(guò)牛頓第二定律可以求得：

(M+m)g-F=ma=0.4mg

經(jīng)計(jì)算得到：F=Mg+0.6mg

該題目中所涉及到兩個(gè)物體，因此隔離法應(yīng)用并不復(fù)雜，但當(dāng)涉及到3個(gè)及其以上的物體時(shí)，并且涉及到的物體保持不同的加速度時(shí)，則整體法的運(yùn)用更為適宜.

綜上，在物理習(xí)題中涉及到多個(gè)運(yùn)用過(guò)程的組合或者多個(gè)物體相互作用的情況之下，應(yīng)當(dāng)選擇隔離法或者整體法進(jìn)行習(xí)題的求解，在運(yùn)用過(guò)程中要充分結(jié)合題目的具體情況進(jìn)行研究對(duì)象的選擇和運(yùn)用方法的實(shí)施.