物理奥赛解题方法 第2节 隔离法

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时间:2018-09-23

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1、高中奥林匹克物理竞赛解题方法二、隔离法方法简介隔离法就是从整个系统中将某一部分物体隔离出来,然后单独分析被隔离部分的受力情况和运动情况,从而把复杂的问题转化为简单的一个个小问题求解。隔离法在求解物理问题时,是一种非常重要的方法,学好隔离法,对分析物理现象、物理规律大有益处。例1:两个质量相同的物体1和2紧靠在一起放在光滑水平桌面上,如图2—1所示,如果它们分别受到水平推力F1和F2作用,且F1>F2,则物体1施于物体2的作用力的大小为()A.F1B.F2C.1/2(F1+F2)D.1/2(F1-F2)解析:要求物体1和2之间的作用力,必须把其中一个隔离出

2、来分析。先以整体为研究对象,根据牛顿第二定律:F1-F2=2ma①再以物体2为研究对象,有N-F2=ma②解①、②两式可得所以应选C例2:如图2—2在光滑的水平桌面上放一物体A,A上再放一物体B,A、B间有摩擦。施加一水平力F于B,使它相对于桌面向右运运,这时物体A相对于桌面()A.向左动B.向右动C.不动D.运动,但运动方向不能判断解析:A的运动有两种可能,可根据隔离法分析设AB一起运动,则AB之间的最大静摩擦力以A为研究对象:若一起向右运动.若则A向右运动,但比B要慢,所以应选B例3:如图2—3所示,已知物块A、B的质量分别为m1、m2,A、B间的摩

3、擦因数为μ1,A与地面之间的摩擦因数为μ2,在水平力F的推动下,要使A、B一起运动而B不至下滑,力F至少为多大?14解析:B受到A向前的压力N,要想B不下滑,需满足的临界条件是:μ1N=m2g.设B不下滑时,A、B的加速度为a,以B为研究对象,用隔离法分析,B受到重力,A对B的摩擦力、A对B向前的压力N,如图2—3甲所示,要想B不下滑,需满足:μ1N≥m2g,即:μ1m2a≥m2g,所以加速度至少为a=g/μ1再用整体法研究A、B,根据牛顿第二定律,有:F—μ2(m1+m2)g=(m1+m2)g=(m1+m2)a,所以推力至少为.例4:如图2—4所示,用

4、轻质细绳连接的A和B两个物体,沿着倾角为α的斜面匀速下滑,问A与B之间的细绳上有弹力吗?解析:弹力产生在直接接触并发生了形变的物体之间,现在细绳有无形变无法确定.所以从产生原因上分析弹力是否存在就不行了,应结合物体的运动情况来分析.隔离A和B,受力分析如图2—4甲所示,设弹力T存在,将各力正交分解,由于两物体匀速下滑,处于平衡状态,所以有:……①……②设两物体与斜面间动摩擦因数分别为、,则……③……④由以上①②③④可解得:若T=0,应有:由此可见,当时,绳子上的弹力T为零.若,绳子上一定有弹力吗?我们知道绳子只能产生拉力.当弹力存在时,应有:T>0即14

5、所以只有当时绳子上才有弹力例5如图2—5所示,物体系由A、B、C三个物体构成,质量分别为mA、mB、mC.用一水平力F作用在小车C上,小车C在F的作用下运动时能使物体A和B相对于小车C处于静止状态.求连接A和B的不可伸长的线的张力T和力F的大小.(一切摩擦和绳、滑轮的质量都不计)解析在水平力F作用下,若A和B能相对于C静止,则它们对地必有相同的水平加速度.而A在绳的张力作用下只能产生水平向右的加速度,这就决定了F只能水平向右,可用整体法来求,而求张力必须用隔离法.取物体系为研究对象,以地为参考系,受重力(mA+mB+mC)g,推力F和地面的弹力N,如图2

6、—5甲所示,设对地的加速度为a,则有:…………①隔离B,以地为参考系,受重力mBg、张力T、C对B的弹力NB,应满足:…………②隔离A,以地为参考系,受重力mAg,绳的张力T,C的弹力NA,应满足;NA=mAg…………③T=mAa…………④当绳和滑轮的质量以及摩擦都不计时,由②、④两式解出加速度代入①式可得:例6如图2—6所示,一根轻质弹簧上端固定,下端挂一质量为m0的平盘,盘中有一物体质量为m,当盘静止时,弹簧的长度比其自然长度伸长了L,今向下拉盘,使弹簧再伸长△L后停止.然后松手放开,设弹簧总处在弹性限度以内,则刚松开手时盘对物体的支持力等于()A.

7、B.C.D.14解析确定物体m的加速度可用整体法,确定盘对物体的支持力需用隔离法.选整体为研究对象,在没有向下拉盘时有KL=(m+m0)g…………①在向下拉伸△L又放手时有K△L=(m+m0)a……②再选m为研究对象FN-mg=ma……③解得:应选A.此题也可用假设法、极限法求解.例7如图2—7所示,AO是质量为m的均匀细杆,可绕O轴在竖直平面内自动转动.细杆上的P点与放在水平桌面上的圆柱体接触,圆柱体靠在竖直的挡板上而保持平衡,已知杆的倾角为θ,AP长度是杆长的1/4,各处的摩擦都不计,则挡板对圆柱体的作用力等于。解析求圆柱体对杆的支持力可用隔离法,用

8、力矩平衡求解。求挡板对圆柱体的作用力可隔离圆柱体,用共点力的平衡来解.以杆为研究

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