资源简介
一、简单连接体问题的处理方法
在连接体问题中,如果不要求知道各个运动物体之间的相互作用力,并且各个物体具有大小和方向都相同的加速度,就可以把它们看成一个整体(当成一个质点)分析受到的外力和运动情况,应用牛顿第二定律求出加速度(或其他未知量);如果需要知道物体之间的相互作用力,就需要把物体从系统中隔离出来,将内力转化为外力,分析物体的受力情况和运动情况,并分别应用牛顿第二定律列出方程.隔离法和整体法是互相依存、互相补充的.两种方法互相配合交替应用,常能更有效地解决有关连接体的问题.
【例1】一质量为M,倾角为θ的楔形木块,放在水平桌面上,与桌面间的动摩擦因数为μ,一物块质量为m,置于楔形木块的斜面上,物块与斜面的接触是光滑的.为了保持物块相对斜面静止,可用一水平力F推楔形木块,如图所示,求此水平力大小的表达式.
解析:把楔形木块和放在其上相对静止的物块看成一个整体.它只受到四个力作用:重力(m+M)g,竖直向下;桌面对它的支持力N,竖直向上;水平向左的推力F;桌面对它的摩擦力f,水平向右.由牛顿定律和摩擦定律可得
F-f=(m+M)a, N-(m+M)g=0,f=μN
联立解得 F=μ(m+M)g+(m+M)a…………①
再隔离m,根据其特殊要求(与M相对静止,a相同)和受力情况确定m的加速度也就是整体的a.
小物块m的受力情况如图.小物块相对地面是沿水平向左运动,故有
Nsinθ=ma, Ncosθ= mg 解得a=gtgθ代入①式得水平推力 F=μ(m+M)g+(m+M)gtgθ.
说明:(l)物体间相对静止指的是物体间的相对速度和相对加速度均为零的状态.
(2)系统内各物体的加速度相同,是整体法与隔离法的联接点.