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        整體法與隔離法巧用之探討

        2017-11-14 16:02:38吳勇
        都市家教·下半月 2017年9期
        關(guān)鍵詞:整體法隔離法受力分析

        吳勇

        【摘 要】如果質(zhì)點(diǎn)組內(nèi)物體的運(yùn)動狀況相同,這優(yōu)先考慮整體法。這種方法就是將質(zhì)點(diǎn)組作為一個物體,分析質(zhì)點(diǎn)組與外界的作用力,不考慮質(zhì)點(diǎn)組內(nèi)部物體間的相互作用。這樣考慮的優(yōu)點(diǎn)是容易搞清質(zhì)點(diǎn)組與外界的作用,從而搞清物體運(yùn)動的全貌。整體法和隔離法是力學(xué)部分常用的分析方法??梢韵雀綦x再整體,也可以先整體再部分隔離。這就是整體法與隔離法的綜合應(yīng)用。整體法與隔離法的綜合應(yīng)用時,文章主要討論了系統(tǒng)在三種運(yùn)動情況下整體法與隔離法的運(yùn)用。

        【關(guān)鍵詞】整體法;隔離法;受力分析

        高瞻遠(yuǎn)矚看全局,巧妙方法定成敗。在力學(xué)中,解決力學(xué)問題時,往往遇到這樣一類情況:題中被研究的對象不是單一的一個物體,而是互相關(guān)聯(lián)的幾個物體組成一個系統(tǒng)。解這一類問題,一般采用整體法與隔離法相結(jié)合。

        一、物體受力分析方法的重要性

        對物體進(jìn)行受力分析是解題的基礎(chǔ),它貫穿于整個高中物理教學(xué)。受力分析是解決力學(xué)問題的基礎(chǔ),解決好力學(xué)問題的關(guān)鍵和重要方法,是學(xué)好物理的第一步。

        二、整體法和隔離法在解題中的重要性

        整體法是從局部到全局的思維過程,是系統(tǒng)論中的整體原理在力學(xué)中的應(yīng)用。它的優(yōu)點(diǎn)是:通過整體法分析物理問題,可以弄清系統(tǒng)的整體受力情況,從整體上揭示事物的本質(zhì)和變化規(guī)律,從而避開了中間環(huán)節(jié)的繁瑣推算,能夠靈活地解決問題。通常在分析這一整體對象之外的物體對整體的作用力(外力),不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力(內(nèi)力)時,用整體法。

        隔離法就是把要分析的物體從相關(guān)的物體體系中隔離出來,作為研究對象,只分析該研究對象以外的物體對該對象的作用力,不考慮研究對象對其他物體的作用力。它的優(yōu)點(diǎn)是:容易看清單個物體的受力情況,問題處理起來比較方便、簡單,便于理解。在分析系統(tǒng)內(nèi)各物體(或一個物體的各個部分)間的相互作用時用隔離法。通過分析以下例題我們可以掌握整體法與隔離法的妙用:

        (一)整體法的巧用

        1.在平衡狀態(tài)下的應(yīng)用

        例1、在粗糙水平面上有一個三角形木塊abc,在它的兩個粗糙斜面上分別放兩個質(zhì)量m1和m2的木塊,m1>m2,如圖所示,

        已知三角形木塊和兩物體都是靜止的,則粗糙水平面對三角形木塊( D )

        A.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向右;

        B.有摩擦力的作用,摩擦力的方向水平向左;

        C.有摩擦力的作用,但摩擦力的方向不能確定,因為m1, m2,θ1,θ2的數(shù)值并未給出;

        D.以上說法都不對。

        解析:這樣類型的問題優(yōu)先選用整體法,根據(jù)整體受力平衡,則很容易判斷水平面對三角形木塊摩擦力為零,且彈力等于整體的重力之和,所以選項D正確。

        2.系統(tǒng)處于不平衡狀態(tài)且無相對運(yùn)動之妙用

        由于系統(tǒng)內(nèi)物體間沒有相對運(yùn)動,即整體內(nèi)每個物體都具有相同的速度和加速度,這時整體所受的合力提供整體運(yùn)動的加速度。這種情況利用整體法,更容易把握整體的受力情況和整體的運(yùn)動特點(diǎn)。

        例2、光滑水平面上,放一傾角為α的光滑斜木塊,質(zhì)量為m的光滑物體放在斜面上,現(xiàn)對斜面施加力F,若使M與m保持相對靜止,F(xiàn)應(yīng)為多大?

        如圖所示:

        解析:由于斜面光滑,物塊只受重力和斜面的彈力,而且和斜面一起運(yùn)動,則先隔離物塊分析受力,計算出加速度 a=gtanα,方向水平向左,再根據(jù)整體法可以求得F=(M+m)a =(M+m)gtanα,這是典型的整體法與隔離法的綜合應(yīng)用(先隔離后整體)。

        (二)整體法和隔離法的綜合應(yīng)用

        整體法和隔離法是力學(xué)部分常用的解題方法??梢韵雀綦x再整體,也可以先整體再隔離。這就是整體法與隔離法的綜合應(yīng)用。

        例3、如圖所示,質(zhì)量m=5Kg的物體置于質(zhì)量為M=20Kg的粗糙斜面上,斜面的傾角α=37°用一平行于斜面向上、大小為40N的力F推物體,使物體沿斜面M向上作勻速運(yùn)動,這時M保持靜止?fàn)顟B(tài)(g=10m/s2)。則地面對斜面的摩擦力大小為 N,斜面對地的壓力大小為 N。

        解析:這種類型通常習(xí)慣利用隔離法分析,先分析物塊,在對斜面體進(jìn)行分析,過程比較復(fù)雜。如果利用整體法會比較簡單,因為整體都處于平衡狀態(tài),所以合力為零。根據(jù)整體水平方向平衡,可以得到地面對斜面體的摩擦力f = Fcosα=32(N),根據(jù)整體豎直方向平衡,得到地面對斜面的支持力N=(M+m)g-Fsinα=226(N)。

        綜上所述,整體法與隔離法是在高中物理學(xué)習(xí)中常用到的基本方法之一,特別是在力學(xué)部分,巧妙地選擇研究對象會使問題變得簡單,明了。

        整體法:就是把幾個物體視為一個整體,受力分析時,只分析這一整體之外的物體對整體的作用力,不考慮整體內(nèi)部之間的相互作用力。隔離法:就是把要分析的物體從相關(guān)的物體系中假想地隔離出來,只分析該物體以外的物體對該物體的作用力,不考慮物體對其它物體的作用力。

        方法選擇:所涉及的物理問題是整體與外界作用時,應(yīng)用整體分析法,可使問題簡化,而不必考慮內(nèi)力的作用;當(dāng)涉及的物理問題是物體間的作用時,要應(yīng)用隔離分析法,這時原整體中相互作用的內(nèi)力就會變?yōu)楦鱾€獨(dú)立物體的外力。有時在一個問題中需要整體法與隔離法交替使用。

        在分析多個物體相互作用時,靈活運(yùn)用整體法和隔離法對問題的解決將會帶來很大的方便,特別是在教學(xué)過程中有意識地培養(yǎng)學(xué)生整體法的思維意識,幫助學(xué)生能夠更加全面地理解力和運(yùn)動的相互關(guān)系,更加有利于學(xué)生思維能力的提升。

        參考文獻(xiàn):

        [1]薛金星.《中學(xué)物理基礎(chǔ)知識手冊》.大連出版社,2002.6.2版

        [2]廖伯琴.《普通高中課程標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗教科書》物理,必修一,山東科技出版社,2004年6月1版

        [3]任志鴻.《優(yōu)化設(shè)計》.西苑出版社,2004.5.7 版

        [4]甘峰豪.《漫畫教材高中物理》.云南科技出版社,2010.5.2版

        [5]劉增利.《高中物理資料包》.北京教育出版社,2004年7月endprint

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