高中物理力學中整體法的應用

康清珍

【摘 要】物理是高中的一門重要課程，主要可以分為力學、運動學和電磁學等基礎知識板塊。力學在高中物理中占據了較大比例，其難度較大，學生學習存在不少問題。整體法是力學解題的重要手段之一，其從宏觀整體的角度對力學問題進行剖析思考，進而獲取解題突破口。本文對整體法做了簡單介紹，深入分析了整體法在力學解題中的應用。

【關鍵詞】高中物理 力學 整體法 應用策略

高中物理教學內容包含有力學、光學、功和能相互轉化等知識內容，其中，力學是高中物理教學的重點，同時也是學生學習的難點。物體受力分析是學生解決物理力學問題必不可少的環節之一，同時也是解決問題的基礎。其存在于力學各個知識點當中，是學生不可回避的學習內容。物體受力分析是學生學習的難點，部分學生不具備正確分析物體受力情況的能力，導致其在解題過程中不能解得正確答案。教師應注重解題方法的教授。整體法能夠幫助學生解決部分受力情況分析問題，從而使學生正確分析受力情況，解決問題。

一、力學概念理解中的應用

在物理學科中，概念的理解是其中最為基礎的一個知識點，同時也是我們務必要掌握的要點。一方面，既要加強對物理概念的理解，劃分各個概念的界限，另一方面，也要對題目中的各個物理量之間的關聯進行關注，以此發散學生思維，并實現對創造性的培養，在今后的解題中能夠舉一反三。

例如所示，人與車的質量分別是m、M，人用水平力F拉繩子，圖中兩端繩子均處于水平方向，不計滑輪質量和摩擦力，如果人與車保持相對靜止，且水平地面是光滑的，求車的加速度。

解析：要求車的加速度，需要將車進行隔離，由題目可知，人與車保持相對靜止，也就是人和車的加速度相同，所以可以將人和車視為一個整體，對于整體便可以使用牛頓第二定律進行求解。在這一過程中便要對牛頓第二定律的概念進行理解，在此基礎上才能更加快捷地完成解題。將人與車整體當作研究對象，整體分別受到重力、水平面支持力以及兩條繩拉力，在豎直方向重力和支持力平衡，這時水平方向繩拉力是2F，因此得到2F=（M+m）a，從而求解得a。

二、受力系統分析中的應用

在高中物理的力學解題過程中，最為常見的力學情況就是數個物體在相互接觸的條件下同時受到力的作用，而這種情況下物體之間存在的作用力便可作為一個整體的內力，當各個物理具有共同的加速度時， 這就符合了整體法的應用條件。

例如，某一呈直角形的小車平穩地停靠在水平地面上，已知其質量是M=34kg，傾斜角α=30°。在小車隊額傾斜面上放置有滑塊A，借助小車頂部的滑輪實現與滑塊B的連接，其中，滑塊A的質量是m=14kg，滑塊B的質量是2kg。當滑塊下滑時，其加速度為2.5m/s？，求小車所受的摩擦力和地面的支持力。

通過閱讀題干可知，在滑塊的整個下滑過程中，其一直位于小車的傾斜面之上，因而可將小車與滑塊之間的相互作用力看做是系統的內力，因此，該題可將小車和滑塊看做是一個整體進行分析和解決。依據牛頓第二定律的相關原理知識可知，對于小車和滑塊構成的整體來說，其所受到的來自水平方向的作用力是∑Fx=m1a1x+m2a2x+m3a3x，以此可得出f=mAacos30°=31N。而在豎直方向，小車和滑塊整體所受的作用力則為：∑Fy=m1a1y+m2a2y+m3a3y，其后進行具體計算可得：N-（M+mA+mg）g=mBa-mAasin30°，即N=487N。通過這個題目可知，將小車和滑塊看作是一個整體，只需對整體所受的水平方向作用力和豎直方向作用力進行的分析，便可快速求得小車所受的摩擦力以及水平地面的支持力。

三、受力過程分析中的運用

教師在課題上做模型分析時也不難發現，有些物理問題解答的突破口不在于受力的結果，而在于它們受力的過程，因此無需考慮物體受力后的形態變化，而只需要關注其受力過程的變化。

例如，有一個質量為0.2kg的小球從高度為3.6m的高空垂直落下，在接觸到地面后又反彈了1.2m，從小球落下到反彈到1.2m處的時長為2s，讓計算小球在觸地時對地面的平均作用力。從給出的條件我們可以看出，從小球自3.6m高空落下到反彈到1.2m的整個過程，小球在垂直方向的受力都只有重力，因此，可以將下落到反彈這個過程看成是一個“整體”連貫的過程，從而能夠較為快速準確地分析出小球觸地階段的受力，也就能推算出小球在觸地時的平均作用力。 整體法在高中物理力學問題解答當中的應用，不僅是將不同的物體看做一個整體，其還可以將物體的物理過程視為整體。部分力學問題中物體的運動較為復雜，若題目中物體的始末狀態不受過程的影響，或學生通過物體的始末狀態便能夠知曉物體運動過程，便可以在該題目中運用整體法解題，從而簡化題目。

四、與隔離法綜合應用

有時候，單單使用整體法也不能有效解決問題，此時則可以結合隔離法的應用來解答。隔離法就是先將某部分物體與某些物體進行隔離，然后分別看成整體，再來進行計算和求解。兩者的綜合應用能夠在解題時相輔相成，達到提高物理習題的答題速度，并且能夠提高習題的正確率。

比如，一硬質輕桿上穿有A、B、C三個質量相等的小球，輕桿靠近A的一端為O，整桿圍繞O進行圓周運動。已知OA=AB=BC，球A受到OA段輕桿的拉力為T1，球B受到AB段拉力為T2，球C受到BC段拉力為T3，那么T1、T2、T3的比值是什么？此題便可以通過整體法進行解決，可以得出T1=maA+maB+maC=6mω21，T2=maB+maC=5mω21，T3=3mω21，此時T1、T2、T3的比值自然也就呼之欲出。

總之，高中物理中與力學相關的課程較為抽象，學生理解起來較為困難，也比較難實現知識的靈活運用。學生若能切實掌握整體法的運用，便能將較為復雜的力學問題簡單化，減少相關問題的解題時間，同時也提高了解題的準確性。當然，力學問題的解決并不一定都采用整體法進行解題，學生應當首先就問題進行分析，靈活的進行整體法的應用。也只有這樣才能發揮該方法在解題中的應用優勢，提高學生的實際解題能力。

參考文獻

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