例析高中物理常见连接体模型

江苏省海安县曲塘中学(226661)

谢友军●

例析高中物理常见连接体模型

江苏省海安县曲塘中学(226661)

谢友军●

连接体问题高中物理的难点，也是高考的热点.许多学生在遇到连接体问题时不知该如何处理，本文以高中物理几种常见的连接体模型为例，讲述连接体问题处理的方法和技巧.

连接体；模型；高考物理

连接体是通过某种相互作用实现连接的物体，连接体问题涉及多个物体，具有较强的综合性，是力学中考查的重点内容.由于连接体涉及知识面广，备受出题者青睐.处理连接体问题常用的方法有整体法和隔离法，每个方法都有自己的适用条件和范围，下面我将结合具体例题进行分析.

一、摩擦力连接

摩擦力连接的连接体分为静摩擦力和滑动摩擦力两种，传送带是摩擦力连接的一种典型连接体，解题时要先弄清楚属于静摩擦力还是滑动摩擦力，再判断摩擦力的方向，最后根据已知条件选用整体法或者隔离法进行求解.

图1

例1 如图1所示，两块相同的木板之间夹着四块质量均为m的相同的木块，用两个大小均为F的水平力压木板，使木块静止不动，则第一个木块对第二个木块的摩擦力大小为____.

图2

解析 题中4块木板通过摩擦力连接，要求第一个木板对第二个木板的摩擦力，可以选取第一个木板为研究对象，受到第二块木板对它的摩擦力、重力和水平木板对它的摩擦力，由于第二块木板对它的摩擦力大小方向都不知道，要先求水平木板对它的摩擦力.以4块木板为整体，可求得左右两块水平木板对这个整体的摩擦力大小均为2mg，方向竖直向上.这是对木块1进行受力分析，如图2所示，得第二块木块对第一个木块的摩擦力为mg，方向竖直向下，由力的相互作用可知，第一个木块对第二个木块的摩擦力大小为mg.

点评 本题若选择木块2为研究对象，木块1和木块3对木块2的摩擦力大小和方向均是未知的，无法求解，因此在解题时要注意研究对象的选择.

二、细绳连接

轻细绳是高中物理中一个重要的物理模型，该模型的特点是只能产生沿细绳方向的拉力，不能产生对物体的支持力，轻绳上的拉力可以突变，即轻绳突然断开时，断开瞬间，轻绳上的拉力就突变为0.

图3

例2 如图3所示，一旋转圆盘在水平面内匀速转动，甲、乙两物块用一根沿半径方向的细绳连接，两物块质量相等，且与圆盘的动摩擦因数相同，当圆盘转速加快到两物块刚好还未发生滑动时，某一时刻细绳突然断开，则两物块的运动情况是( ).

A.两物块均沿切线方向滑出圆盘

B.两物块均沿半径方向滑出圆盘

C.两物块仍和圆盘一起做匀速圆周运动

D.甲仍随圆盘做匀速圆周运动，乙滑出圆盘

解析 在绳断裂之前，两个物块做圆周运动的向心力由拉力和摩擦力的合力提供，由题意可知，两物块与圆盘之间的摩擦力均达到最大静摩擦力.设细绳中的拉力为Ft，由于两物块都在同一圆盘上，角速度相同.对于甲物块有：fm-Ft=mω2R1，对于乙物块有：fm+Ft=mω2R2.绳断裂后，Ft=0，乙物块最大静摩擦力不足以提供圆周运动所需的向心力，将做离心运动，滑出圆盘.而甲物块所受摩擦力逐渐减小到mω2R1，继续做圆周运动.正确答案为D.

点评 这道题是通过细绳连接的连接体，当物体在在同一圆盘上做角速度相同的圆周运动时，要注意分析好物体做圆周运动向心力的来源.同时要根据题目条件判断那个物体先到达最大静摩擦力的临界条件.

三、弹簧连接

轻弹簧是高中物理中一种常见的理想化物理模型，在高考中，通常会以轻弹簧为载体，考查力的概念、物体的平衡、牛顿定律及能量转化与守恒等知识.对学生的综合能力要求比较高，学生对此类题型应当足够的重视.

图4

例3 如图4所示，轻质弹簧上下端分别连接质量为m的木块1和质量为M的木块2，整个系统置于水平光滑木板上，保持静止.某一时刻将木板沿水平方向突然抽出，求抽出的瞬间，木块1,2的加速度大小a1,a2.

点评 本题属于弹簧连接的连接体，是高中物理中常见的一种连接体，处理弹簧连接体时，要抓住弹簧的特点.一是弹簧弹力的大小和方向时刻与弹簧的形变相对应，二是弹簧中的弹力不能发生突变，与细绳中的拉力不同.

在解决连接体问题时，优先考虑使用整体法，可以有效、快速、简洁地列出关于所求物理量的表达式，进而求解.但是当求解的物理量涉及系统内部的运动时，应当采取隔离法，逐个进行分析讨论.学生需要大量的练习来熟练掌握处理连接体问题的方法和技巧，根据已知条件交替使用整体法和隔离法.

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1008-0333(2017)01-0076-01