2024年高中物理新教材同步 必修第一册第4章　专题强化　动力学中的连接体问题

专题强化　动力学中的连接体问题

[学习目标]　1.知道什么是连接体，会用整体法和隔离法分析动力学中的连接体问题(重难点)。2.进一步熟练应用牛顿第二定律解题(重点)。

连接体：两个或两个以上相互作用的物体组成的具有相同运动状态的整体叫连接体。如几个物体叠放在一起，或并排放在一起，或用绳子、细杆等连在一起，在求解连接体问题时常用的方法为整体法与隔离法。

一、加速度和速度都相同的连接体问题

例1　如图所示，光滑水平面上A、B两物体用不可伸长的轻绳相连，用力F拉A使A、B一起运动，A的质量为mA、B质量为mB，求A、B两物体间绳的拉力FT的大小。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

连接体问题的解题方法

1．整体法：把整个连接体系统看作一个研究对象，分析整体所受的外力，运用牛顿第二定律列方程求解。其优点在于它不涉及系统内各物体之间的相互作用力。

2．隔离法：把系统中某一物体(或一部分)隔离出来作为一个单独的研究对象，进行受力分析，列方程求解。其优点在于将系统内物体间相互作用的内力转化为研究对象所受的外力，容易看清单个物体(或物体的一部分)的受力情况或单个过程的运动情形。

拓展1　在 例1中，若两物体与水平面间的动摩擦因数均为μ，则A、B间绳的拉力为多大？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

拓展2　如图所示，物体A、B用不可伸长的轻绳连接，在竖直向上的恒力F作用下一起向上做匀加速运动，已知mA＝10 kg，mB＝20 kg，F＝600 N，不计空气阻力，求此时轻绳对物体B的拉力大小。(g取10 m/s2)

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

拓展3　如图所示，若把两物体放在固定斜面上，两物体与斜面间的动摩擦因数均为μ，在方向平行于斜面的拉力F作用下沿斜面向上加速，A、B间绳的拉力为多大？

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

“串接式”连接体中弹力的“分配协议”

如图所示，对于一起做加速运动的物体系统，m1和m2间的弹力F12或中间绳的拉力FT的大小遵守以下力的“分配协议”：

(1)若外力F作用于m1上，则F12＝FT＝；

(2)若外力F作用于m2上，则F12＝FT＝。

注意：①此“协议”与有无摩擦无关(若有摩擦，两物体与接触面间的动摩擦因数必须相同)；

②此“协议”与两物体间有无连接物、何种连接物(轻绳、轻杆、轻弹簧)无关；

③物体系统处于水平面、斜面或竖直方向上一起加速运动时此“协议”都成立。

二、加速度和速度大小相等、方向不同的连接体问题

跨过光滑轻质定滑轮的物体速度、加速度大小相等，但方向不同，此时一般采用隔离法，即对每个物体分别进行受力分析，分别根据牛顿第二定律列方程，然后联立方程求解。

例2　(多选)(2022·黔东南高一期末)如图所示，在光滑的水平桌面上有一个质量为3m的物体A，通过绳子与质量为m的物体B相连，假设绳子的质量以及绳子与定滑轮之间的摩擦力都忽略不计，绳子不可伸长。重力加速度为g，将两物体同时由静止释放，则下列说法正确的是(　　)

A．物体A的加速度大小为g

B．物体B的加速度大小为g

C．绳子的拉力大小为mg

D．物体B处于失重状态

拓展1　如图所示，在例2中，若平面MN变为倾角为37°的光滑斜面，求两物体的加速度大小及绳子的拉力大小。(已知sin 37°＝0.6)

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

拓展2　若A、B跨过光滑定滑轮连接，如图所示，求两物体的加速度大小及绳子的拉力大小。

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________

________________________________________________________________________