高中物理連接體問題的解題策略

【摘要】本文通過對連接體問題的常見類型進行分析，詳細闡述整體法與隔離法等關鍵解題方法，并結合實例說明這些方法在具體問題中的應用，體現對物理過程的理解和受力分析的重要性，旨在幫助學生更好地掌握連接體問題的解題思路，提高解決此類問題的能力.

【關鍵詞】高中物理；連接體問題；解題策略

在高中物理學習中，連接體問題是一類較為復雜且常見的問題.這類問題涉及多個物體通過一定的連接方式相互作用，需要學生綜合運用力學知識進行分析和求解.正確理解和掌握連接體問題的解題策略，對于學生提高物理思維能力和解題水平具有重要意義.

1 疊加體模型

例1 如圖1所示，在光滑的水平面上有一傾角為θ的光滑斜面C，斜面C上疊放著A，B兩物塊，B的上表面水平.A，B，C的質量均為m，重力加速度大小為g.現對C施加一方向水平向右的恒力，使A，B，C保持相對靜止，則下列說法正確的是（ ）

（A）B受到3個力的作用．

（B）B對C的壓力大小為2mgcosθ．

（C）C所受合力的大小為3mgtanθ．

（D）A對B的摩擦力大小為mgtanθ，方向水平向右．

解析 對B進行受力分析，B受到重力、C對它的支持力、A對它的壓力和A對它的靜摩擦力4個力的作用，故（A）錯誤；C對A、B整體的支持力大小N=2mgcosθ，根據牛頓第三定律可知，B對C的壓力大小為2mgcosθ，故（B）正確；設A，B，C的加速度大小為a，有Nsinθ=2ma，解得a=gtanθ，則C所受合力的大小為F合C=ma=mgtanθ，故（C）錯誤；對A有fA=ma=mgtanθ，方向水平向右，根據牛頓第三定律可知，A對B的摩擦力大小為mgtanθ，方向水平向左，故（D）錯誤.

點評 解決本題的關鍵是A、B、C三個物體保持相對靜止，這類連接體問題需要巧妙運用整體法和隔離法對物體或系統進行受力分析，再根據牛頓第二定律分析或解答.

+oLGXbYWjwjS7e+UCJM4WuDoi1MrYxBQxmeF4P0tBUw=2 輕繩輕桿連接體模型

例2 如圖2所示，光滑水平面上放置木板C，一支架B放置在木板C上，一段細線上端固定在支架上，下端連接小球A.已知小球A、支架B、木板C質量分別為1kg，2kg，3kg，支架B底座與木板C之間的動摩擦因數μ=0.75，現對木板施加向右水平的拉力F，設最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，sin53°=cos37°=0.8，cos53°=sin37°=0.6，重力加速度g取10m/s2，下列說法正確的是（ ）

（A）細線與豎直方向的最大偏角為53°．

（B）細線與豎直方向的最大偏角為37°．

（C）當拉力F=30N時，細線對A的拉力大小為55N．

（D）當支架B與木板C間發生滑動時，拉力F最小值為22.5N．

解析 根據題意可知，支架B與木板C間發生滑動時，支架B與小球A的加速度最大，有f=μmA+mBg=mA+mBa0，即a0=μg=7.5m/s2，此時細線與豎直方向夾角最大為θ，選小球A為研究對象，則有Tcosθ=mAg，Tsinθ=mAa0，解得θ=37°，選木板C為研究對象，則有F－f=mCaC，且aC≥a0，解得F≥45N，即當支架B與木板C間發生滑動時，拉力F最小值為45N，故（A）（D）錯誤，（B）正確；當拉力F=30N時，支架B與木板C相對靜止，即A、B、C三者相對靜止，其加速度為a，由牛頓第二定律，有F=mA+mB+mCa，解得a=5m/s2，此時細線拉力為T，細線與豎直方向的偏角為α，選小球A為研究對象，有Tcosα=mAg，Tsinα=mAa，解得T=mAa2+g2=55N，故（C）正確.

點評 在輕繩輕桿連接體模型中，桿連接著的物體加速度和速度相同，而繩連接的兩物體加速度和速度可能不同，解決這類問題時，需要運用整體法或隔離法對系統或系統內物體進行受力分析，再結合過程中是否存在臨界點，進而解決問題.

3 彈簧連接體模型

例3 如圖3所示，一勁度系數k=100N/m的輕質彈簧下端固定于地面上，質量m1=0.12kg的物塊A與質量m2=0.10kg的物塊B疊放在其上，處于靜止狀態.t=0時，在物塊A上施加一豎直向上的力F，使兩物塊一起勻加速上升，t=0.10s時，兩物塊恰好分離.已知重力加速度為g =10m/s2，求：

（1）兩物塊勻加速運動的加速度大小；

（2）分離時力F的大小.

解析 （1）初始時，物塊A，B疊放在一起，處于靜止狀態，此時彈簧的形變量為Δx1，有kΔx1=（m1+m2）g，

解得Δx1=2.2×10－2m，

兩物塊分離時，物塊之間的相互作用力恰好為0，此時彈簧的形變量為Δx2，以物塊B為研究對象，有kΔx2－m2g=m2a，

又Δx1－Δx2=12at2，

聯立解得a=2m/s2.

（2）兩物塊分離時，以物塊A為研究對象，

有F－m1g=m1a，

解得F=1.44N.

點評 在這類彈簧連接體模型中，物體在外力作用下運動過程中，彈簧的彈力和物體之間的彈力均為變力，需要分析運動過程中各力的變化即可找到臨界點，再根據動力學知識解決問題.

4 結語

高中物理連接體問題是力學中的重要內容，通過掌握整體法和隔離法等解題策略，并結合正確的受力分析和對物理過程的理解，學生能夠有效地解決此類問題.在實際學習中，學生需要不斷地練習和總結經驗，提高自己的解題能力和思維水平.同時，教師在教學過程中也應注重引導學生掌握正確的解題方法和思路，培養學生的物理學科素養.未來，隨著科學技術的不斷發展，連接體問題的應用領域將更加廣泛，對學生解決此類問題的能力也將提出更高的要求.

參考文獻：

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