高中奥林匹克物理竞赛解题方法之一整体法Page1
例1:如图11所示,人和车的质量分别为m和M,人用水平力F拉绳子,图中两端绳子均处于水平方向,不计滑轮质量及摩擦,若人和车保持相对静止,且水平地面是光滑的,则车的加速度为
解析:要求车的加速度,似乎需将车隔离出来才能求解,事实上,人和车保持相对静止,即人和车有相同的加速度,所以可将人和车看做一个整体,对整体用牛顿第二定律求解即可将人和车整体作为研究对象,整体受到重力、水平面的支持力和两条绳的拉力在竖直方向重力与支持力平衡,水平方向绳的拉力为2F,所以有:2FMma,解得:
a
例2
2FMm
用轻质细线把两个质量未知的小球悬挂起来,如图
12所示,今对小球a持续施加一个向左偏下30°的恒力,并对小球b持续施加一个向右偏上30°的同样大小的恒力,最后达到平衡,表示平衡状态的图可能是()
解析
表示平衡状态的图是哪一个,关键是要求出两条轻质细绳对小球a和小球b的拉力的方向,只要拉力方向求出后,。图就确定了。
先以小球a、b及连线组成的系统为研究对象,系统共受五个力的作用,即两个重力mambg,作用在两个小球上的恒力Fa、Fb和上端细线对系统的拉力T1因为系统处于平衡状态,所受合力必为零,由于Fa、Fb大小相等,方向相反,可以抵消,而mambg的方向竖直向下,所以悬线对系统的拉力T1的方向必然竖直向上再以b球为研究对象,b球在重力mbg、恒力Fb和连线拉力T2三个力的作用下处于平衡状态,已知恒力向右偏上30°,重力竖直向下,所以平衡时连线拉力T2的方向必与恒力Fb和重力mbg的合力方向相反,如图所示,故应选A
例3
有一个直角架AOB,OA水平放置,表面粗糙,OB竖直向下,表面光滑,OA上套有小环P,OB上套有小环Q,两个环的质量均
为m,两环间由一根质量可忽略、不何伸长的细绳相连,并在某一位置平衡,如图14所示现将P环向左移动一段距离,两环再次达到平衡,那么将移动后的平衡状态和原来的平衡状态相比,OA杆对P环的支持力N和细绳上的拉力T的变化情况是A.N不变,T变大C.N变大,T变小解析B.N不变,T变小D.N变大,T变大()
先把P、Q看成一个整体,受力如图14甲所示,
则绳对两环的拉力为内力,不必考虑,又因OB杆光滑,则杆在竖直方向上对Q无力的作用,所以整体在竖直方向上只受重力和OA杆对它的支持力,所以N不变,始终等于P、Q的重力之和。再以Q为研究对象,因OB杆光滑,所以细绳拉力的竖直分量等于Qr