整體隔離法解答高中物理問題應(yīng)用分析

宋海榮

【摘要】整體隔離法是解答高中物理問題常見的方法之一，整體法指的是把多個(gè)物體看作一個(gè)對(duì)象分析與外界之間的聯(lián)系，隔離法則是指具體分析物體之間的互相作用，各自具有不同特點(diǎn)和適用范圍.本文主要分析整體隔離方法在不同問題中的應(yīng)用過程，幫助學(xué)生更熟練地運(yùn)用整體隔離法解答高中物理問題，提高解題效率和得分率.

【關(guān)鍵詞】高中物理；整體隔離法；解題思路

整體法和隔離法是在研究物理問題中運(yùn)用的兩種方法.整體法關(guān)注整個(gè)系統(tǒng)或物理過程，從整體上分析問題，以整體為研究對(duì)象，不受細(xì)節(jié)束縛，能培養(yǎng)整體思維，有效解決物理難題.而隔離法則是將部分從系統(tǒng)中隔離出來進(jìn)行獨(dú)立研究，注重培養(yǎng)細(xì)節(jié)思維，從局部分析問題，簡(jiǎn)化復(fù)雜問題，有效應(yīng)對(duì)物理難題.

1 處理平衡問題

整體隔離法適用于平衡狀態(tài)下物體的受力分析，運(yùn)用整體法分析問題時(shí)需要忽略內(nèi)部之間力的相互作用，主要觀察外界與整體對(duì)象的相互作用，其次隔離法適用于單獨(dú)物體的分析，需要注意分析對(duì)象受到的所有作用力.

例1 如圖1所示，木板C放在水平地面上，物塊A，B放在木板上，用不可伸長(zhǎng)的細(xì)線將物塊A與豎直墻連接，細(xì)線剛好拉直，物塊A，B質(zhì)量均為m，木板C質(zhì)量為2m，物塊A，B與木板間及木板與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)均為0.5，最大靜摩擦力等于滑動(dòng)摩擦力，現(xiàn)給物塊B施加一個(gè)水平向右的拉力F，在拉力F逐漸增大的過程中（物塊B和木板C保持相對(duì)靜止），下列說法正確的是（ ）.

（A）B受到合力越來越大.

（B）C受到地面的摩擦力與受到B的摩擦力一定等大反向.

（C）A先受到兩個(gè)力作用，后受到四個(gè)力作用.

（D）C受到B的摩擦力與受到A的摩擦力方向相反.

剖析 首先觀察選項(xiàng)可知A、B、C都要進(jìn)行受力分析，故應(yīng)用隔離法對(duì)問題做出解答，按順序依次對(duì)平衡狀態(tài)下各個(gè)物體做出分析，即可對(duì)選項(xiàng)做出正誤判斷，從而得到最終答案.

解 物塊B與木板C的最大靜摩擦力為μmg=0.5mg，

物塊A與木板C的最大靜摩擦力為μmg=0.5mg，

木板C與地面的最大靜摩擦力為4μmg=2mg，

物塊B和木板C保持相對(duì)靜止，在拉力F逐漸增大的過程中，物塊B始終保持不動(dòng)，即合力為0，木板C也保持靜止，即C受到B的水平向右的摩擦力，和地面給的水平向左的摩擦力等大反向.故選項(xiàng)（A）錯(cuò)誤，選項(xiàng)（B）正確.

由于A只受到重力和支持力，二力平衡，A與C之間沒有摩擦力，故選項(xiàng)（C）（D）錯(cuò)誤.

變式 如圖2所示，用等長(zhǎng)的輕繩懸掛兩個(gè)質(zhì)量相同的小球a、b，在兩小球上施加大小相等、方向相反的水平恒力F，則達(dá)到平衡狀態(tài)后兩小球的位置正確的是（ ）.

剖析 分析平衡狀態(tài)下繩子偏向的方向，首先上段繩子和下段繩子受力不同，上段應(yīng)采取整體法進(jìn)行分析，將a、b看作一個(gè)整體，其次下段繩子應(yīng)主要分析小球b的受力情況，從而得到偏向方向，即問題所求.

解析 ①將a、b視為整體，由題可知水平方向合力為0，故上段輕繩處于豎直向上狀態(tài)，

②隔離b，已知b受到水平向左拉力，故下段輕繩應(yīng)向左偏，

綜上，正確答案為選項(xiàng)（A）.

2 處理動(dòng)力學(xué)問題

當(dāng)物體在做勻變速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，其相關(guān)問題也能使用整體隔離法解答.若求解單獨(dú)物體受力情況時(shí)，隔離法比較適合；若求解物體整體的運(yùn)動(dòng)狀態(tài)和受力情況時(shí)，則采取整體法比較方便.根據(jù)不同設(shè)問方式和情況，靈活應(yīng)用整體隔離方法解答問題.

例2 如圖3，載貨車廂通過懸臂固定在纜繩上，纜繩與水平方向夾角為θ，當(dāng)纜繩帶動(dòng)車廂以加速度a沿纜繩向上做勻加速直線運(yùn)動(dòng)時(shí)，貨物在車廂中與車廂相對(duì)靜止，假設(shè)滑動(dòng)摩擦力等于最大靜摩擦力，重力加速度為g，則貨物與車廂間的動(dòng)摩擦因素至少為.

剖析 求解貨物的受力情況時(shí)，采取隔離法比較方便，運(yùn)用牛頓第二定律進(jìn)行受力分析，列出方程后，即可求出動(dòng)摩擦因數(shù)的具體表達(dá)式.

解析 設(shè)貨物質(zhì)量為m，以貨物為研究對(duì)象進(jìn)行受力分析，同時(shí)將加速度a沿水平方向和豎直方向分解，如圖4所示：

水平方向加速度為ax=acosθ，

豎直方向加速度為ay=asinθ，

對(duì)于貨物m，根據(jù)牛頓第二定律可得N－mg=may，

在水平方向，根據(jù)牛頓第二定律可得f=max，

又f=μN(yùn)，聯(lián)立解得μ=acosθ/g+asinθ.

3 結(jié)語

上述例題分別介紹了如何靈活運(yùn)用整體隔離法解答不同類型的高中物理問題，平衡問題、動(dòng)力學(xué)問題、充分認(rèn)識(shí)和掌握整體隔離法，是高效解題的基礎(chǔ)，也是學(xué)生應(yīng)該關(guān)注的學(xué)習(xí)內(nèi)容.

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