整体法与隔离法求解共点力平衡问题

共点力平衡专题（一）教学内容分析整体法与隔离法是解决物理问题重要的思想与方法，在解决动力学中的连接体问题，涉及能量、动量、气体状态变化的多过程问题等，运用整体法与隔离法恰当的选取研究对象或物理过程是快速，准确解决问题的关键，那么运用整体法、隔离法解决问题思想的建立便显得尤为重要。教学目标知道整体法与隔离法，能用整体法和隔离法解决共点力平衡中简单的连接体问题知道整体法与隔离法的区别与联系，能在解决问题中对整体法、隔离法做出恰当选择。通过例题与训练，建立整体隔离的思想，培养学生应用整体法与隔离法解决问题的能力。教学重点与难点重点：建立应用整体法与隔离法解决物理问题的思想，能用整体法和隔离法解决共点力平衡中的连接体问题难点：研究对象的恰当选取与整体法、隔离法的灵活运用。课前准备1、系统：几个相互作用的物体构成的整体称为系统。2连接体：一些（通过斜面、绳子、轻杆、重力场、电场、磁场等）相互约束的物体系统叫连接体。连接体问题“连接”的本质是物体之间的相互作用力。3、一些常见的连接体教学过程【例1】在粗糙水平面上有一个三角形木块a，在它的粗糙斜面上放有质量为m的木块b，如图所示，在木块沿斜面匀速下滑的过程中，粗糙地面对于三角形木块（）A．有摩擦力作用，摩擦力的方向水平向右B．有摩擦力作用，摩擦力的方向水平向左C．有摩擦力作用，但摩擦力的方向不能确定D．没有摩擦力的作用对b隔离分析：F1与f1合力为G’,由共点力平衡：'GmgG''G对a隔离分析：因为F2与F1、f2与f1等大反向，所以F2、f2合力竖直向下结论：水平方向木块水平方向不受力，无摩擦。竖直方向：MgmgF2解析：例题解析整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。条件：当连接体的各部分运动状态相同时可采用整体法，常用于求系统外力。优点：采用整体法可以避免对整体内部进行繁锁的分析，常常使问题解答更简便、明了。隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法，可以隔离单个物体也可以把整个物体隔离成几个部分来处理。条件：求解系统内部相互作用时隔离法。优点：容易看清单个物体的受力情况整体法与隔离法用整体分析：把物块b和三角形物块a做为一个整体分析，受力如图，整体水平方向无外力，所以a与地面无摩擦；竖直方向支持力平衡整体重力：MgmgF简单应用例2、如右图所示，质量为M的直角三棱柱A放在水平地面上，三棱柱的斜面是光滑的，且斜面倾角为θ。质量为m的光滑球放在三棱柱和光滑竖直墙壁之间，A和B都处于静止状态，求地面对三棱柱支持力和摩擦力各为多少？分析与解：选取A和B整体为研究对象，它受到重力（M+m）g，地面支持力N，墙壁的弹力F和地面的摩擦力f的作用（如图所示）而处于平衡状态。根据平衡条件有：例题解析②—————水平方向：—①—竖直方向：FfgmMN)(再以B为研究对象，它受到重力mg，三棱柱对它的支持力NB,墙壁对它的弹力F的作用（如图所示）。而处于平衡状态，根据平衡条件有：—④————③———FNmgNsincostanmgf—⑥————⑤———fNmgNNsincos'1'1联立②③④可得：θmgN1’fN如果隔离A分析，如右图可得：联立②④⑤⑥可得：gMmN)(tanmgf例题解析—②———①—FfgmMN)(④—③—FNmgNsincosθmgN1’fN⑥———⑤—fNmgNNsincos'1'1注意：灵活、正确的选取隔离对象很重要。比较：单纯用隔离法可以求出答案，但很繁琐整体隔离最简单，但如选错隔离对像则不能求出答案例3、在2008年北京残奥会开幕式上，运动员手拉绳索向上攀登，最终点燃了主火炬，体现了残疾运动员坚忍不拔的意志和自强不息的精神。为了探究上升过程中运动员与绳索和吊椅间的作用，可将过程简化。一根不可伸缩的轻绳跨过轻质的定滑轮，一端挂一吊椅，另一端被坐在吊椅上的运动员拉住。如图所示。设运动员的质量为65kg，吊椅的质量为15kg，不计定滑轮与绳子间的摩擦。重力加速度取g=10m/s2。当运动员匀速上升时，试求：（1）运动员竖直向下拉绳的力；（2）运动员对吊椅的压力。例题解析解析：(1）设运动员受到绳向上的拉力为F，由于跨过定滑轮的两段绳子拉力相等，吊椅受到绳的拉力也是F。对运动员和吊椅整体进行受力分析如图所示，则有：由牛顿第三定律，运动员竖直向下拉绳的力（2）设吊椅对运动员的支持力为FN，对运动员进行受力分析如图所示，则有：由牛顿第三定律，运动员对吊椅竖直向下的压力(m人+m椅)gFFgmmF)(2椅人NF400NF400'm人gFNFgmFFN人NFN250NFN250'解出解出方法总结思考：什么题选用整体隔离的方法？什么时候选用整体法？用整体法解题受力分析时应注意什么？什么情况用隔离法？应如何选取隔离对像？整体法与隔离法的关系？解题关键：灵活选择研究对象，整体法和隔离法相结合。解答：①求解连接体问题时选用整体隔离的方法.②求系统外力且系统内物体的运动状态相同时优先选用整体法，③用整体法解题受力分析时注意每个物体所受外力均为系统外力，④应用因不考虑系统内部相互作用而使问题的解决简单明了。⑤求系统内部相互作用选用隔离法，选取隔离对象时，一要直接或间接包含待求量，二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少。⑥一般问题的求解中，随着研究对象的转化，往往两种方法交叉运用，相辅相成.1、如右图，一质量为M的直角劈放在水平面上，保持静止，在劈的斜面上放一个质量为m的物体A，用一沿斜面向上的力F作用于A上，使其沿斜面匀速下滑的过程中，地面对劈的摩擦力f及支持力N（）A．f=0N=(M+m)gB．f向左；N(M+m)gC．f向右；N(M+m)gD．f向左；N=(M+m)g巩固练习习题目标：体现整体法的优点B2．A、B、C三物块的质量分别为M，m和m0，作如图所示的连接．绳子不可伸长，且绳子和滑轮的质量、滑轮的摩擦均可不计．若B随A一起沿水平桌面做匀速运动，则可以断定（）A．物块A与桌面之间有摩擦力，大小为m0gB．物块A与B之间有摩擦力，大小为m0gC．桌面对A，B对A，都有摩擦力，两者方向相同，合力为mogD．桌面对A，B对A，都有摩擦力，两者方向相反，合力为m0g解题关键：灵活选择研究对象，整体法和隔离法相结合。巩固练习A3、如图所示，在两块相同的竖直木板间，有质量均为m的四块相同的砖，用两个大小均为F的水平力压木板，使砖静止不动，则左边木板对第一块砖，第二块砖对第三块砖的摩擦力分别为（）A．4mg、2mgB．2mg、0C．2mg、mgD．4mg、mg恰当的选取研究对象很重要巩固练习B4．如图所示，顶端装有定滑轮的粗糙斜面体放在水平地面上，A、B两物体通过细绳连接，并处于静止状态(不计绳的质量和绳与滑轮间的摩擦)，现用水平向右的力F作用于物体B上，缓慢拉开一小角度，此过程中斜面体与物体A仍然静止，在此过程中下列说法正确的是()A．水平力F增大B．斜面体所受地面的支持力一定不变C．物体A所受斜面体的摩擦力一定变大D．地面对斜面体的摩擦力一定变大整体隔离与动态平衡的综合应用，提升应用整体隔离方法的能力巩固练习ABD课后做业：板书设计：1、整体法：在研究物理问题时，把所研究的对象作为一个整体来处理的方法称为整体法。条件：当连接体的各部分运动状态相同时可采用整体法，常用于求系统外力。2、隔离法：把所研究对象从整体中隔离出来进行研究，最终得出结论的方法称为隔离法，可以隔离单个物体也可以把整个物体隔离成几个部分来处理。条件：求解系统内部相互作用时隔离法。选取隔离对象时，一要直接或间接包含待求量，二是所选隔离对象和所列方程数尽可能少。