整体法在高中物理解题中的有效应用

2022-08-30杨纯

数理化解题研究 2022年22期

关键词：连接体斜面木板

杨纯

(安徽省安庆市第二中学 246001)

高中物理解题中有时可以将若干对象看成一个整体，运用物理知识分析问题,能大大降低分析问题的难度，促进解题效率的提升，因此教学实践中应注重为学生系统地讲解整体法，为其更好地应用于解题中奠定坚实的基础.

1 用于解答平衡类问题

平衡类问题是高中物理中很重要的一类问题.关键在于合理的选取研究对象，运用受力分析列出平衡方程.其中选取研究对象时运用整体法能更好的把握研究对象的整体受力情况，降低构建物理平衡方程的难度，达到顺利解题的目的.

例如，如图1所示，三角形斜劈B紧靠墙壁放在弹簧上.将物块A放在B上.起初A、B均静止.某时刻使用力F沿斜面方向向上推A，但A、B均未动，则施加F后以下判断正确的是( ).

图1

A.A、B间的摩擦力一定变大

B.B和墙之间可能无摩擦力

C.B和墙面间的弹力可能不变

D.B和墙面间的弹力变大

开始时对A进行受力分析，其受到重力，B的支持力，B对A的静摩擦力f=mgsinα，处于静止状态.当施加力F后，若F=2mgsinα，此时其静止，AB间的摩擦力的大小也为mgsinα，A项错误.将AB看成一个整体，开始时弹簧弹力和AB两者的重力相等，B和墙壁无摩擦.当施加F后，AB仍静止，弹簧弹力不变.但是AB受到力F，因此，B受到墙壁的摩擦力大小为Fsinα，方向竖直向下.

综上分析D项正确.

2 用于解答连接体类问题

高中物理中将轻绳、轻杆、弹簧等将物体连接起来的一类问题通称为连接体类的问题.因连接体的局部和整体是统一的，因此，解答该类问题常使用整体法.将若干研究对象看成一个整体，运用物理知识求解出相关参数，以此为桥梁，便可分析、计算出连接体中各研究对象的相关参数.教学中为使学生体会到运用整体法解答连接体类问题的便利，养成运用整体法解题的良好习惯，应注重与学生一起剖析相关的例题.

例如，如图2所示，使用轻绳将由相同材料制成的m1，m2连接在一起，放置在斜面上.在恒力F作用下，沿斜面向上做匀加速直线运动，下列关于轻绳的拉力说法正确的是( ).

图2

A.和斜面倾角θ有关

B.和物体与斜面的动摩擦因数μ有关

C.只和物体的质量m1有关

D.若F沿斜面向下拉连接体，则轻绳拉力和θ、μ无关

当F沿斜面向上拉连接体时，将m1、m2看成一个整体，设加速度为a，

根据牛顿第二定律：

F-(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=(m1+m2)a；

以m2为研究对象，设轻绳的拉力为T，根据牛顿第二定律：

T-m2gsinθ-μm2gcosθ=m2a，

同理当F沿斜面向下拉连接体时由：

F+(m1+m2)gsinθ-μ(m1+m2)gcosθ=(m1+m2)a′，

T′+m1gsinθ-μm1gcosθ=m1a′，

综上分析可知选择D项.

3 用于解答相对运动类问题

相对运动是高中物理中不易理解的运动题型.解答该类题型的思路较多，解题中只有具体问题具体分析，灵活运用多种解题方法，才能少走弯路.其中运用整体法将整个运动过程看成一个整体，从能量的角度进行分析可获得事半功倍的解题效果.教学中应注重经典例题的讲解，使学生掌握运用整体法分析相对运动类问题的思路与技巧.

图3

(1)木板和挡板第一次碰撞前的瞬间速度v0；

(2)木板的长度s.

(1)将物块和木板看成一个整体，根据动能定理：

代入数据解得v0=3 m/s.

(2)木板和挡板会不断的碰撞，物块会一直在木板上向下运动.直到系统的能量完全消耗，木板停在挡板位置，物块停在木板右端.因木板和挡板碰撞前后无能量损失，因此，以整个过程为研究对象，由能量守恒可得：

μmgscosθ=mgLsinθ+mgsinθ(L+s)

代入数据解得s=9m.

4 用于解答电路类问题

动态电路分析是高中物理的常考知识点.解答相关习题时运用整体法可使得问题顺利的突破.运用整体法把握电路中相关参数的整体变化趋势，然后结合电路的串并联特点以及电学元件所处的位置灵活运用欧姆定律，便可分析出相关物理参数的变化规律.教学实践中，应注重为学生深入的讲解相关的例题，使其把握应用整体法解答电路类问题的相关细节.

例如，如图4所示，R1、R2、R3为定值电阻，阻值均为R，滑动变阻器的阻值范围为0～2R，电源电动势为E，内阻为r，则滑动变阻器滑片按照以下方向滑动时，判断正确的是( ).