高中物理力学解题中整体法的运用分析

将整体法运用到物理力学解题中,一方面可以将分析受力情况的物理基础知识和实际观察分析相结合,激发对物理学习的兴趣；另一方面,可以灵活选用物理思维方式,从不同的角度用不同的方法对物体的受力进行分析,快速找到解题的关键点,降低解题难度,提升物理学习能力。

一、在受力系统中应用

在高中力学知识体系中,最常见的题型就是多个物体在相互接触的情况下受到多个力的作用,求解此类型题往往可以运用整体法来解答。

例1如图1所示,一辆质量为34kg的小车停在粗糙水平面上,在小车的倾角为30°的斜面上放置一块质量为14kg的砖A,另一块质量为2kg的砖B与砖A通过小车斜面顶端的光滑定滑轮相连接。当砖A以加速度2.5m/s沿斜面下滑时,求小车受到地面对它的摩擦力和支持力。

图1

分析：先进行审题,分析得出在砖A下滑的过程中,小车与砖A之间的作用力一直都在斜面上,这就意味着可以将小车和砖A、B之间的作用力看成一个整体。再引入牛顿第二定律的知识,列出整体在水平上受到的力的计算公式,算出小车受到的地面对它的摩擦力。同理,可分析计算出在竖直方向上的受力,从而得出小车受到的地面对它的支持力。

二、在受力过程中应用整体法

在解决力学问题的时候,通常可用两种方式进行分析,一种是对受力结果进行分析,另一种是对受力过程进行分析,而在进行受力过程分析的时候,不需要分析物体在受力前和受力后的状态,而是选择将物体在受力过程中的一个状态进行整体分析。

例2将一个质量为0.1kg的小球放置在1.8m的高台上,再让这个小球做自由落体运动,已知小球落地之后最大的反弹高度为0.8m,小球从开始下落到落至地面并反弹到最高点所花的时间为1.1s,小球在和地面接触的时候,对地面的作用力是多少?

分析：阅读题干可以得出一个重要信息,即无论小球是在高台上,还是在反弹到最大高度处于静止状态的时候,都只会受到自身重力的作用。而且还知道小球在下落到弹起的过程中,一共有三个受力过程,即下落、触地、反弹,而这三个过程中小球的状态并没有发生改变。那么就可以先列出关系式,再根据力学定理解决这个问题了。

三、结合隔离法进行分析

在运用整体法进行物理解题的时候,需要一定的条件。但是有些问题不能直接采用整体法,那么就需要结合隔离法进行处理。隔离法实际上就是先将一部分隔离出来,再将这部分当成一个整体进行分析,而根据这个特性形成的解题方法也可称为局部整体法。

例3已知一根杆子上套有三个质量相同的球D、E、F,靠近球D的一端为P,PD=DE=EF,这根杆子将会以P为中心做圆周运动,假设PD给D球施加的拉力为T1,DE施加给E球的拉力为T2,EF施加给F球的拉力为T3,求拉力T1、T2、T3的比值。

分析：这道题将整体划分成三个部分,每个部分的受力不尽相同,所以在解决这个问题的时候,需要以PD、DE、EF三段为三个受力局部,分别分析受力情况,将复杂的受力问题简单化。