高中物理力学解题中整体法的运用

2017-09-14樊丰源

科学中国人 2017年24期

关键词：斜面滑块受力

樊丰源

郑州市第十九中学

高中物理力学解题中整体法的运用

樊丰源

郑州市第十九中学

在高中物理的学习中，力学是最为重要的一部分，理学题目的解题重点在于对物体进行受力分析。物体的受力分析对于很多人来说都是难点，尤其当对几个物体进行受力分析时候都会觉得无从下手。为了解决这一问题，在物理力学题目中最常使用的就是整体法，运用整体法能够化繁为简，快速完成物体的受力分析。

物理；力学；整体法

1.整体法的含义以及意义

1.1 整体法概述。整体法对于我们的物理学解题是一种非常好的方法，整体法和隔离法组成了物理学解题整体的核心。力学是我们物理学学习中最重要的组成部分，也是考试中占比最大的考题，能够高质量的解答物理中力学题目对于我们整个题目的解答非常重要。所以我们在学习这一部分内容的时候，首先要对力学的所有知识点牢牢掌握，能够对其应用自如，之后就需要技巧性的解题方法，整体法就是最重要的技巧。

1.2 整体法的优势。在我们解答高中物理力学题目的时候，受力分析是最困难的，也是最容易出错的地方。如果我们在解题过程中，对于连接体来说分开做分析非常复杂，并且极容易发生思维混乱的情况，还容易出现漏掉分析的地方，这就体现出了整体法的优势。运用整体法进行思考，将连接体看作是一个整体部分，对这个整体最受力分析，这样就有效避免了对每一个部分做受力分析的复杂过程。整体分析法的有效应用能够提高解题的速度，并且增加正确率。

2.整体法在物理力学的应用实例

2.1 对两个或者两个以上的物体进行受力分析

在我们物理学的考试中经常会出现对物体做受力分析的情况，往往需要做受力分析的都是两个或者多个物体，如果针对每一个物体进行受力分析那么工作量十分大，还容易出现漏项导致错误的发生，利用整体法能够避免这一问题的发生。

例1：如图所示，将两个球放置在光滑的桶里，

求：桶底对球的支持力

分析：如果对每一个球做单独的受力分析，那么要考虑的受力情况非常复杂，难以保证速度和正确率，所以在解题过程中，我们把两个球看作是一个整体，把这个整体作为受力分析的研究对象，在竖直方向上表现出来的是而力平衡，所以得到：FN=m1g+m2g

例2：如图所示，斜面处于静止状态，滑块以速度V匀速下滑。

则地面对斜面的摩擦力情况是（）

A.有向右方向的摩擦力

B.有向左方向的摩擦力

C.无摩擦力分析

分析：对于这道题目来说，如果采用单独的受力分析法，那么要对斜面和滑块分别做受力分析，要进行两次分析，并且受力情况更多更复杂，因为题目中说道斜面和滑块都处在平衡的状态，所以能够采取整体法进行受力分析，这样一来对水平方向做受力分析得到，地面对斜面的摩擦力是0，所以题目选择C选项。

2.2 局部有加速度，计算整体超（失）重情况。在物理力学的题目中，加速度是经常存在于物体中的状态，这时候经常需要对物体进行超重、失重的计算。如果针对每一个所包含的物体进行单独的力学分析，最后进行计算是非常麻烦的工作，而且极度影响解题的效率。整体法的应用能够简化计算过程，快速、准确的得到计算结果。

例1：质量为m的滑块在斜面上以加速度a加速下滑，斜面的倾斜角度是θ，斜面的质量是M保持静止状态，计算地面的支持力FN。

分析：由于斜面是处于平衡的状态，对于滑块来说具有向下方向的加速度分量，所以滑块的失重状态可以看做是整体部分的失重状态。所以对滑块和斜面做整体分析，得到（M+m）g-FN=ma⁃sinθ，得FN=（M+m）g-masinθ。通过这样整体的受力分析，使得失重状态的计算变得非常清晰明了，保证答题的正确性。

2.3 将复杂的运动状态简单化。在物理题目中经常会出现运动情况较为复杂的物体，对于这样的物体进行受力分析难度相对较大，需要对每个物体的不同运动状态进行分析，为了简化分析过程，让思路更加清晰就可以借助整体法进行分析解答。

例1：有两个竖直的墙壁A和B，他们之间的距离为1米。有一个小球从距离地面高度为h=19.6米的地方，以初速度V0=5m/s水平抛出，和墙壁之间不断发生弹性碰撞，在这个过程中忽略碰撞时间与空气阻力，试求：小球在落地之前与墙壁发生了几次碰撞？最终的落地点在什么地方？

分析：这道题目中小球的运动状态极为复杂，改变过多次运动状态，如果对每一次进行分析会容易出现分析混乱，导致计算结果发生错误，所以应用整体法来解决这样的问题。由于墙壁对小球的弹力，只是改变了小球的水平运动速度的方向，不会影响其大小，所以在全部运动过程中，在水平方向的分量可以看做是一直保持V0的匀速运动，在竖直方向做自由落体运动，t=（2h/g）0.5。每次碰撞的时间为t0=d/v0，球的碰撞次数N=t/t0次，最终球的落地点在A墙角处。

2.4 避免中间过程，全程整体分析。在物理力学题目的设置中，经常会出现给物体设置很多的种间运动过程，在对运动过程进行解答时候就要对其每个过程进行相应的受力分析，这样一来，分析力学的内容就变得很多，十分繁琐，所以在解题过程中我们经常避免中间过程的干扰，对整个的运动过程做整体的受力分析。