【摘要】對(duì)于高中學(xué)生來說，掌握受力分析的方法和技巧，不僅有助于深入理解物理學(xué)的原理，還能為將來的學(xué)習(xí)和職業(yè)發(fā)展打下堅(jiān)實(shí)的基礎(chǔ).本文探討了如何巧妙地運(yùn)用整體法和隔離法解決高中物理力學(xué)問題.通過一個(gè)具體的物理問題，展示如何結(jié)合使用這兩種方法求解相關(guān)物理量，并討論動(dòng)態(tài)最小值問題.這種方法的運(yùn)用不僅能夠提高學(xué)生分析問題的能力，還能激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣.

【關(guān)鍵詞】高中物理；受力分析；解題技巧

1 引言

在高中物理教學(xué)中，受力分析是力學(xué)部分的重要內(nèi)容，對(duì)于培養(yǎng)學(xué)生的邏輯思維和解決實(shí)際問題的能力至關(guān)重要.在受力分析中，整體法和隔離法是兩種常用的方法.整體法能夠幫助學(xué)生從宏觀角度全面地理解物體的受力情況，而隔離法則能夠引導(dǎo)學(xué)生從微觀角度深入地分析物體某一部分的受力特點(diǎn).這兩種方法各有優(yōu)勢(shì)，但在實(shí)際解題中，學(xué)生應(yīng)該巧妙地結(jié)合使用這兩種方法，以達(dá)到更好的解題效果.本文以一道高中物理典型習(xí)題為例，探討如何巧妙地運(yùn)用整體法和隔離法解決高中物理力學(xué)問題，以期為高中物理教學(xué)提供有益的參考.

2 試題呈現(xiàn)

如圖1所示，質(zhì)量M=23kg的木塊A套在水平桿上，并用輕繩將木塊與質(zhì)量m=3kg的小球B相連，用跟水平方向成α=30°角的力F=103N，拉著球帶動(dòng)木塊一起向右做勻速運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)中M，m相對(duì)位置保持不變，取g=10m/s2.求：

（1）運(yùn)動(dòng)過程中輕繩與水平方向夾角θ；

（2）木塊與水平桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ；

（3）當(dāng)α為多大時(shí)，使球和木塊一起向右勻速運(yùn)動(dòng)的拉力最??？

圖1

3 思路分析

由題中條件可知，勻速運(yùn)動(dòng)的M和m應(yīng)處于平衡狀態(tài).簡(jiǎn)單觀察圖1可知，無論是對(duì)M或者m進(jìn)行受力分析，在其他力條件已知的情況下，繩的夾角均可得到.由于兩物塊中m的受力分析更為簡(jiǎn)便，且其他外力已知，因此利用隔離法，對(duì)m受力分析，再應(yīng)用平衡條件可求得θ；確定θ，輕繩對(duì)M的力由未知變?yōu)橐阎?，故再利用隔離法，對(duì)M進(jìn)行受力分析，可求得木塊與水平桿間的動(dòng)摩擦因數(shù)；最后可利用整體法對(duì)系統(tǒng)受力分析表示出拉力F的表達(dá)式，討論最小值即可.

4 解法探究

（1）對(duì)小球B進(jìn)行受力分析，如圖2所示.

圖2

設(shè)細(xì)繩對(duì)N的拉力為T，由平衡條件可得：

Fcos30°=Tcosθ，F(xiàn)sin30°+Tsinθ=mg，

代入數(shù)據(jù)解得：T=103N，tanθ=33，

即：θ=30°.

（2）對(duì)M進(jìn)行受力分析，如圖3所示.

圖3

由平衡條件有FN=Tsinθ+Mg，

f=Tcosθ，f=μFN，

解得：μ=35.

（3）對(duì)M，N整體進(jìn)行受力分析，如圖4所示.

圖4

由平衡條件有：FN+Fsinα=M+mg，

f=Fcosα=μFN.

聯(lián)立得：Fcosα=μM+mg－μFsinα，

解得：F=M+mgμcosα+μsinα.

令sinβ=11+μ2，cosβ=μ1+μ2，

即tanβ=1μ.

則F=M+mμgsinβcosα+cosβsinα1+μ2

=M+mgμsinα+β1+μ2，

所以當(dāng)α+β=90°時(shí)F有最小值.

所以tanα=μ=35時(shí)F的值最小，

即α=arctan35.

5 結(jié)語

本題為平衡條件的應(yīng)用問題，利用平衡條件選擇合適的研究對(duì)象進(jìn)行受力分析即可求解，難點(diǎn)在于研究對(duì)象的選擇，即整體法和隔離法的運(yùn)用，以及如何應(yīng)用數(shù)學(xué)方法討論拉力F的最小值.巧妙地運(yùn)用整體法和隔離法解決高中物理受力分析問題，不僅能夠提高學(xué)生分析問題的能力，還能激發(fā)學(xué)生對(duì)物理學(xué)科的興趣.在教學(xué)中，教師應(yīng)根據(jù)學(xué)生的認(rèn)知水平和問題的復(fù)雜度，靈活選擇和結(jié)合使用這兩種方法.此外，教師還應(yīng)注重培養(yǎng)學(xué)生的動(dòng)手實(shí)踐能力，通過實(shí)際操作來加深對(duì)受力分析的理解.

參考文獻(xiàn)：

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