江燕
摘?要:在高中物理教學中,連接體是常見的考察模型,“一動一靜”連接體模型屬于相對較難理解的一部分。隔離法和整體法在解決連接體問題的常用方法,學生在兩種方法的選擇上往往會出現(xiàn)將研究對象混淆的現(xiàn)象,尤其是運動狀態(tài)不一樣的兩個連接體,處理起來有困難,本文特針對“一動一靜”的模型,給出隔離法和整體法分析的解析,從而幫助學生理解整體法的使用思路。
關鍵詞:連接體;整體法;隔離法
中圖分類號:G633.7文獻標識碼:A ????文章編號:1992-7711(2020)07-085-1
連接體問題在動力學中是極其常見的題型,通常使用的解題方法為整體法、隔離法的綜合應用,重點考查學生的綜合分析能力。
兩個或兩個以上物體相互連接參與運動的系統(tǒng)稱為連接體。較多情況下出現(xiàn)的是兩個相互聯(lián)系的物體具有相同大小的加速度和速度,學生理解起來困難不大,但是對于運動狀態(tài)不同的連接體則會經(jīng)常出錯,尤其是整體法解決時理解不到位,容易研究對象錯亂。
針對“一動一靜”連接體問題,本文提出以下理解方法。
例1.如圖1所示,質(zhì)量為M的木箱放在水平面上,木箱中的立桿上套著一個質(zhì)量為m的小球,開始時小球在桿的頂端,由靜止釋放后,小球沿桿下滑的加速度為重力加速度的12,即a=12g,則小球在下滑的過程中,木箱對地面的壓力為多少?
雖然用隔離法依次討論單個物體,分別列牛頓運動定律可解決問題。但是對于具有不同運動狀態(tài)(加速度a不同)的連接體問題,如果不需要討論系統(tǒng)內(nèi)部受力情況,而只須求解物體系統(tǒng)外力時,對整體用牛頓運動定律討論往往會簡化求解過程。
在整體法使用的過程中要注意一個問題,那就是兩個連接體運動狀態(tài)不一樣,所以整體分析的時候不能從加速度的角度理解,不能理解為“小球的加速度就是整體的加速度”,只能從合力的角度理解,即“小球的合外力就是整體的合外力”。
整體法可以打個比方讓學生更好理解。一家三口出門購物,只有爸爸口袋里帶了500元現(xiàn)金,媽媽和孩子都沒有帶錢。當我們把一家三口看成一個整體的話,就可以說成“整體的500元就是爸爸口袋里的500元,因為媽媽和孩子沒帶錢”,就好比理解“整體的合外力就是小球的合外力,因為木箱靜止,合外力等于零”。這也是整體法列式的依據(jù)。
例2.如圖4所示,質(zhì)量為m的木塊沿傾角為θ的斜面上以恒定的加速度a始向下滑動,斜面一直靜止不動且足夠長,重力加速度為g。木塊向下滑動時,斜面受到地面的摩擦力么?如果有,大小和方向如何?地面對斜面的支持力是多少?
該題也屬于“一動一靜”的模型,使用整體法將大大降低難度。
通過分析可以知道,木塊的合力沿斜面向下,如圖5所示,將木塊的合力進行分解,得到水平合力向左,豎直分力向下,再對整體進行受力分析,如圖6所示。
木塊的水平合力就是整體的水平合力,由此可以知道,地面對斜面的靜摩擦力水平向左
隔離法與整體法,既不孤立也不對立,在復雜問題的求解中,隨著研究對象或研究過程的變化,兩種方法往往需要交替運用。所以兩種方法的取舍,并無絕對的界限,可以具體分析、靈活運用,因此,教師可針對題目要求的未知量,選擇更簡單的方法解決問題。
(作者單位:江蘇省鎮(zhèn)江中學,江蘇 鎮(zhèn)江212000)