隔離法在高中物理中的應用探索

【摘要】隔離法是解決高中物理問題的重要方法，體現(xiàn)了從一般到特殊的思維過程.通過隔離法可以弄清物體局部的受力情況和運動情況，再從整體的角度建立物理量之間的聯(lián)系.本文結(jié)合幾道例題探索隔離法在高中物理中的實踐運用，以供讀者參考.

【關(guān)鍵詞】 隔離法；高中物理；解題技巧

1 隔離法解決摩擦力問題

例1 如圖1所示，質(zhì)量M=10kg，傾角θ=30°的斜面ABC靜止放在粗糙的水平地面上，斜面與地面間的動摩擦因數(shù)μ=0.02.有一質(zhì)量m=0.1kg的物體由靜止狀態(tài)沿著斜面下滑，當滑行的路程s=1.4m時，其速度v=1.4m/s，在滑行的過程中斜面與地面之間沒有相對滑動.試求地面對斜面間的摩擦力.（g取10m/s2）.

解 易知物體在斜面上的運動是勻加速直線運動，由v2=2as得a=v22s=0.7m/s2.

而a<gsinθ=5m/s2，可知物體受到斜面給的斜向上的摩擦力f1.

隔離物體m，對m進行受力分析，如圖2所示，由牛頓第二定律可知mgsinθ－f1=ma，mgcosθ－N1=0，

隔離斜面，對斜面進行受力分析，如圖3所示，地面對斜面的摩擦力為f2，假設其方向水平向左，則由物塊受力平衡可知f′1cosθ+f2=N′1sinθ，其中f1=f′1，N1=N′1.

由此可得f2=macosθ=0.06N，滿足假設，其方向水平向左.

評注 本題中有兩個研究對象：物體和斜面，斜面是靜止的，物體是在運動的，所以可以先將物體隔離出來進行研究，分析其受力情況，從而得到斜面和物體之間的摩擦力.而物體因為其處于靜止狀態(tài)，所以受力平衡，就可以利用正交分解法將關(guān)于力的等式列出來，從而最終得到摩擦力的大小，并通過值的正負判斷受力方向.

2 隔離法解決壓力變化問題

例2 如圖4所示，光滑的斜面上放置一個豎直擋板MN，并靠近兩個鋼球P、Q，兩球最初處于靜止狀態(tài)，若將擋板MN繞N端緩慢轉(zhuǎn)至于斜面垂直的方向，則在轉(zhuǎn)動的過程中，P、Q鋼球之間壓力的變化情況是（ ）

（A）一直增大. （B）一直減小.

（C）先增大后減小. （D）一直不變.

解 本題研究的P，Q鋼球之間壓力是系統(tǒng)的內(nèi)力，所以可以用隔離法分析.

隔離的對象選擇P，因為從已知條件可知P受力的個數(shù)較少，其只受到斜面的支持力、重力、鋼球Q的彈力共三個力的作用.

因為其處于靜止狀態(tài)，所以受力平衡，三個力的合力為零.在擋板移動的過程中，重力的大小和方向均不變，鋼球Q對鋼球P的彈力方向不變，斜面對鋼球P的支持力方向不變，所以分解重力的兩個方向均不變，所以（D）選項正確.

評注 對于這類壓力變化類問題，要從內(nèi)力的角度分析，找到其中的不變量，并通過將力分解的方式觀察各個力在變化的過程中在分解方向上分力的變化情況，由此得出答案.而對于此類問題，運用隔離法的研究對象一般是受力個數(shù)較少的物體.

3 隔離法解決瞬時性問題

例3 如圖5所示，彈簧S1上端固定在天花板上，下端連著一個物塊A，物塊A和B之間用一根細線相連，物塊B和物塊C之間用彈簧S2相連.設物塊A，B，C的質(zhì)量分別為mA，mB，mC，彈簧和線的質(zhì)量忽略不計.初始時三者都處于靜止狀態(tài)，現(xiàn)將物塊A，B之間的線突然剪斷，求線剛被剪斷時A，B，C三者的加速度.

解 未剪斷線前，S1的彈力F1=（mA+mB+mC）g，S2的彈力F2=mCg.

線剛被剪斷的瞬間，彈簧長度不變，則F1，F(xiàn)2的大小不變，線拉力為零.

設此時物塊A，B，C的加速度大小分別為aA，aB，aC對物塊B、C分別進行受力分析，受力情況如圖6所示，

則F1－mAg=mAaA，

F′2－mBg=mBaB，

F2－mCg=mCaC，

F′2=F2.

解以上各式可得aA=mB+mCmAg（方向豎直向上），

aB=mB+mCmBg（方向豎直向下），

aC=0.

評注 彈力并不是瞬時力，因此在線被剪斷的瞬間，彈簧的長度均未發(fā)生變化，所以彈簧對物體的彈力不變，再運用隔離法分別列出每個物體的運動方程，聯(lián)立即可求解.

4 結(jié)語

研究對象、研究過程的選擇很大程度上會影響問題求解的繁瑣程度.靈活運用隔離法，可以幫助學生更好地分析局部的物理量變化情況，實現(xiàn)難點的逐個突破，使解題思路更加清晰.在運用隔離法時還要適當結(jié)合整體法，加深對于研究對象的性質(zhì)理解.在此過程中，能有效提高學生解決問題的能力.