例析高中物理常見連接體模型

江蘇省海安縣曲塘中學(226661)

謝友軍●

例析高中物理常見連接體模型

江蘇省海安縣曲塘中學(226661)

謝友軍●

連接體問題高中物理的難點，也是高考的熱點.許多學生在遇到連接體問題時不知該如何處理，本文以高中物理幾種常見的連接體模型為例，講述連接體問題處理的方法和技巧.

連接體；模型；高考物理

連接體是通過某種相互作用實現連接的物體，連接體問題涉及多個物體，具有較強的綜合性，是力學中考查的重點內容.由于連接體涉及知識面廣，備受出題者青睞.處理連接體問題常用的方法有整體法和隔離法，每個方法都有自己的適用條件和范圍，下面我將結合具體例題進行分析.

一、摩擦力連接

摩擦力連接的連接體分為靜摩擦力和滑動摩擦力兩種，傳送帶是摩擦力連接的一種典型連接體，解題時要先弄清楚屬于靜摩擦力還是滑動摩擦力，再判斷摩擦力的方向，最后根據已知條件選用整體法或者隔離法進行求解.

圖1

例1 如圖1所示，兩塊相同的木板之間夾著四塊質量均為m的相同的木塊，用兩個大小均為F的水平力壓木板，使木塊靜止不動，則第一個木塊對第二個木塊的摩擦力大小為____.

圖2

解析 題中4塊木板通過摩擦力連接，要求第一個木板對第二個木板的摩擦力，可以選取第一個木板為研究對象，受到第二塊木板對它的摩擦力、重力和水平木板對它的摩擦力，由于第二塊木板對它的摩擦力大小方向都不知道，要先求水平木板對它的摩擦力.以4塊木板為整體，可求得左右兩塊水平木板對這個整體的摩擦力大小均為2mg，方向豎直向上.這是對木塊1進行受力分析，如圖2所示，得第二塊木塊對第一個木塊的摩擦力為mg，方向豎直向下，由力的相互作用可知，第一個木塊對第二個木塊的摩擦力大小為mg.

點評 本題若選擇木塊2為研究對象，木塊1和木塊3對木塊2的摩擦力大小和方向均是未知的，無法求解，因此在解題時要注意研究對象的選擇.

二、細繩連接

輕細繩是高中物理中一個重要的物理模型，該模型的特點是只能產生沿細繩方向的拉力，不能產生對物體的支持力，輕繩上的拉力可以突變，即輕繩突然斷開時，斷開瞬間，輕繩上的拉力就突變為0.

圖3

例2 如圖3所示，一旋轉圓盤在水平面內勻速轉動，甲、乙兩物塊用一根沿半徑方向的細繩連接，兩物塊質量相等，且與圓盤的動摩擦因數相同，當圓盤轉速加快到兩物塊剛好還未發生滑動時，某一時刻細繩突然斷開，則兩物塊的運動情況是( ).

A.兩物塊均沿切線方向滑出圓盤

B.兩物塊均沿半徑方向滑出圓盤

C.兩物塊仍和圓盤一起做勻速圓周運動

D.甲仍隨圓盤做勻速圓周運動，乙滑出圓盤

解析 在繩斷裂之前，兩個物塊做圓周運動的向心力由拉力和摩擦力的合力提供，由題意可知，兩物塊與圓盤之間的摩擦力均達到最大靜摩擦力.設細繩中的拉力為Ft，由于兩物塊都在同一圓盤上，角速度相同.對于甲物塊有：fm-Ft=mω2R1，對于乙物塊有：fm+Ft=mω2R2.繩斷裂后，Ft=0，乙物塊最大靜摩擦力不足以提供圓周運動所需的向心力，將做離心運動，滑出圓盤.而甲物塊所受摩擦力逐漸減小到mω2R1，繼續做圓周運動.正確答案為D.

點評 這道題是通過細繩連接的連接體，當物體在在同一圓盤上做角速度相同的圓周運動時，要注意分析好物體做圓周運動向心力的來源.同時要根據題目條件判斷那個物體先到達最大靜摩擦力的臨界條件.

三、彈簧連接

輕彈簧是高中物理中一種常見的理想化物理模型，在高考中，通常會以輕彈簧為載體，考查力的概念、物體的平衡、牛頓定律及能量轉化與守恒等知識.對學生的綜合能力要求比較高，學生對此類題型應當足夠的重視.

圖4

例3 如圖4所示，輕質彈簧上下端分別連接質量為m的木塊1和質量為M的木塊2，整個系統置于水平光滑木板上，保持靜止.某一時刻將木板沿水平方向突然抽出，求抽出的瞬間，木塊1,2的加速度大小a1,a2.

點評 本題屬于彈簧連接的連接體，是高中物理中常見的一種連接體，處理彈簧連接體時，要抓住彈簧的特點.一是彈簧彈力的大小和方向時刻與彈簧的形變相對應，二是彈簧中的彈力不能發生突變，與細繩中的拉力不同.

在解決連接體問題時，優先考慮使用整體法，可以有效、快速、簡潔地列出關于所求物理量的表達式，進而求解.但是當求解的物理量涉及系統內部的運動時，應當采取隔離法，逐個進行分析討論.學生需要大量的練習來熟練掌握處理連接體問題的方法和技巧，根據已知條件交替使用整體法和隔離法.

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1008-0333(2017)01-0076-01