高三物理备考方略.ppt

1、隔离法与整体法隔离法与整体法 专题简述 整体法和隔离法的区别在于选 取的研究对象不同。在研究任何物理问题时，我 首先必须明确研究对象，而选择研究对象时就有 整体法和隔离法之分。如能正确、灵活运用整体 法和隔离法，解题就会轻松自如。什么是整体法？什么情况下可用整体法 ？ n 如果由几个物体组成的系统具有相同的加速度 ，一般可用整体法求加速度。（但整体法不能 求出系统内力） n 如果求解的物理问题仅涉及某过程的始末两状 态，一般可以把整个过程作为研究对象用整体 法求解。（但整体法不能求出此过程中间的状 态量） n 整体法就是对物理问题的整个系统或整个过 程进行研究的方法。 什么是隔离法？什么情况下

2、可用隔离法 ？ n 隔离法就是把某个物体从系统中分离出来（或 把某个过程从整个过程中分离出来）的方法。 n 如果求解对象是系统的内力，一般 要用隔离法把某一物体从系统中分 离出来。 n 如果求解对象是某一过程中间的状 态量，一般要把此状态从这一过程 中分离出来。例1 如图1-1所示：小车沿倾角为的光滑斜面滑下，在小 车的水平台面上有一质量为M的木块和小车保持相对静止 ，求： （1）小车下滑时木块所受的摩擦力。（2）小车下滑时木块所受的弹力。 n 审题：这里由于木块与小 车在运动过程中相对静止， 它们具有相同的加速度，所 以先采用整体分析法，求出 木块和小车这个系统的整体 加速度，a=gsin，

3、这样M 的加速度就求出。由于木块 所受的弹力和摩擦力对小车 和木块这个系统来说是内力 ，所以必须将木块从系统中 隔离出来分析。 思路点拨与技巧训练 可见解题时合理选取坐标轴会给解题带来方便 。 先画出木块的受力图和加速度 的方向。 为了解题方便，本题应将加速度分解 。 假如按习惯把重力、弹力、摩 擦力分解，问题就复杂得多。 mgsin+fcosNsin=ma mgcosNcosfsin=0 则 f=ma x =mgsincos mg-N=ma y N=mg-mgsinsinN =mg(1-sin 2 )例2 n 如图1-2所示，小球A和B 的质量分别为m 1 和m 2 ， 带电量分别为+q和-

4、q，用 两根绝缘轻质细线悬挂 于O点并静止。现突然出 现一个水平向左的匀强 电场，场强是E。问：两 球再次静止时上端的细 线对A球的拉力是多大？ A B +q -q O 图1-2审题 n 为求上端细线对A的拉力，可以把A作为研究对象。但 A所受的五个力中有三个力未知。所以研究A不是明智 的选择。如果研究B，也有两个力未知，比较困难。本 题用整体法是最佳选择，因为把A和B作为整体研究时 ，AB之间线的拉力和库仑力对整体而言是内力，不必 考虑。那么A 上端细线对A 的拉力 方向如何？大小又是多少呢 ？ 下面的选择题大家一定很熟悉：甲图所示的两小球静止，对两球 分别作用与水平面成30的 等大反向的外

5、力，再次静止时乙图 中哪张正确？ 整体的受力图如右边： 技能训练与思路拓展例3 n 有三根长度皆为l1.00 m的不可伸长的绝缘轻线，其中两根的一 端固定在天花板上的 O点，另一端分别挂有质量皆为m1.0010 2kg的带电小球A和B，它们的电量分别为一q和q，q 1.0010 7 C。A、B之间用第三根线连接起来。空间中存在大小 为E1.0010 6 N/C的匀强电场，场强方向沿水平向右，平衡时 A 、B球的位置如图所示。现将O、B之间的线烧断，由于有空气阻 力，A、B球最后会达到新的平衡位置。求最后两球的机械能与 电势能的总和与烧断前相比改变了多少。（不计两带电小球间相 互作用的静电力）由

6、此可知，A、B球重新达到平衡的 位置如右图所示。与原来位置相比， A球的重力势能减少了 E A mg l（1sin60） B球的重力势能减少了 E B mgl（1sin60cos45） A球的电势能增加了 W A qElcos60 B球的电势能减少了 W B qEl（sin45sin30） 两种势能总和减少了 WW B W A E A E B代入数据解得 W6.810 2 J 解例4如图1-3所示：底座A上装有长为 0.5m的直立杆，底座与杆总质 量为0.2kg，杆上套有质量为 0.05kg的小环B，它与杆有摩擦 。若环从杆的下端以4m/s的初速 度向上飞时恰能到达杆顶。求（1）在环升起的过程

7、中底座对 地面的压力。（2）小环从杆顶落回底 座需要 多少时间。思路点拨与解题规范训练 n 选择研究对象：因为A与B的 加速度不同，本题宜用隔离 法。 n 解：先研究B,画B的受力图。 a nv t 2 -v 0 2 =2as a=16m/s 2G+F f =ma F f =m(a - g)=0.3N n再研究A 画A的受力图。 nF n +F f =G a F n =1.7N 。 n环下落时摩擦力向上，a 2 = 4m/s 2 t=0.5s例5 n 如图1-4所示，三个 物体质量分别为m 1、 m 2、 m 3 ，带有滑轮 的物体m 3 放在光滑 的水平面上，不计 一切摩擦，不计滑 轮和绳子

8、的质量。 为使三物体不相对 滑动，水平推力F应 为多少？思路点拨与解题规范训练 n 因三物体加速度相同，本 题可用整体法。 n 解： 研究整体 F=（m 1 +m 2 +m 3 )a 为求a再研究m 1： m 1 的受力图如右 。 T= m 1 a 为求T研究m 2 T= m 2 g 故a= m 2 g/ m 1 F=（m 1 +m 2 +m 3 )aF =（m 1 +m 2 +m 3 ) m 2 g/ m 1例6 n 如图所示，一根轻质弹簧上端固定，下端挂一质 量为m 0 的平盘，盘中有一质量为m的物体。当盘 静止时弹簧的长度比自然长度伸长了L，今向下 拉盘使弹簧再伸长L后停止，然后放手松开

9、。设 弹簧总处在弹性限度内，则刚松手时盘对物体的 支持力等于多少？思路点拨 n盘静止时KL=（M+m)g n放手时先研究整体K(L+ L) -（M+m)g= （M+m)a n再研究盘中物体m N-mg=maN=mg(L+ L)/L例7 n 乌鲁木齐市达板城地区风力发电网每台风力发电机四 张叶片总共的有效迎风面积为S，空气密度为，平均 风速为V，设风力发电机的效率 （风的动能转化为电 能的百分比）为，问每台风力发电机的平均功率是 多少？ n审题：本题的主要困难是确定研究对象。 n在连续的空气中隔离出一段圆柱形空气。 n它的长为L=Vt，体积为S Vt，质量为 S Vt nE K = S VtV

10、2 /2 nP= S V 3 /2例8 n 已知火箭发动机产生的推力F等于火箭在单位时 间内喷出的推进剂的质量J与推进剂速度的乘积， 即F= Jv。质子火箭发动机喷出的推进剂是质子， 这种发动机用于外层空间中产生小的推力来纠正 卫星的轨道或姿态。设一台质子发动机喷出质子 流的电流I=1A，用于加速度质子的电压 U=510 4 V，试求该发动机的推力F，已知质子的 质量是m=1.610 -27 kg，电量为e=1.610 -19 C。 思路点拨 n 在反冲的质子束中隔离出 一圆柱形质子流（右图示 ） n柱内质子总质量M=VtSnm nI=nSVe VSn=I/e nM=tmI/e J=M/t=m

11、I/e nmv 2 /2=Ue V= nF= JV=I nF=0.032N习题一 n 如图所示，物体a、b和c叠放在水平桌面上，水平为F b 5N 、F c 10N分别作用于物体b、c上，a、b和c仍保持静止。 以f 1 、f 2 、f 3 分别表示a与b、b与c、c与桌面间的静摩擦力的 大小，则 A f 1 5N，f 2 0，f 3 5N B f 1 5N，f 2 5N，f 3 0 C f 1 0，f 2 5N，f 3 5N D f 1 0，f 2 10N，f 3 5N为求a与b间的摩擦力用 隔离法研究a,f 1 =0.为求 b与c间的摩擦力用隔离 法研究ab,f 2 =5N。为求 c与桌面

12、间的摩擦力用 整体法研究abc,f 3 =5N习题二 n 右示图中人的质量 为50kg，直杆的质 量为100kg，人与 杆均静止。若系杆 的绳断了，人为了 保持自已的高度不 变，必须使杆具有 多大的加速度？想一想 F m 1 g m 2 g F a n本题用整体法还是隔离法？先研究谁？ n画人的受力图如右。 F=m 1 g n再画杆的受力。F+m 2 g=m 2 a就得正确答案为 a=15m/s 2习题三 n 质量为M的人抓住长为L的 轻绳，让绳子系住质量为m 的小球在竖直平面内作圆 周运动，当球通过最高点 时它的速率为V，问此时地 面对人的支持多 大？* n审题 本题中人与球加速度不同 ，宜

13、用隔离法。先研究谁？ n画出球的受力图和加速度的方向， T+mg=ma=mV 2 /L T=m(V 2 /L-g) n再研究人，画人的受力图，N+T=Mg nN=Mg-m(v 2 /L-g)= （M+m)g-mv 2 /L Mg T N mg T a习题四 n 右示图中水平面光滑，弹 簧倔强系数为K，弹簧振子 的振幅为A，振子的最大速 度为V，当木块M在最大位 移时把m无初速地放在M的 上面，则（1）要保持M与m在一起 振动二者间的最大静摩擦 力至小要多大？（2）二者一起振动 时经 过平衡位置 时的速度是多 大？振幅又是多少？思路点拨 n （1）研究M 与m组成的整体。KA=（M+ m）a m

14、，a m=KA/(M+ m) n 再研究m ，是静摩擦力作为回复力。f m = ma m=KA m/(M+ m)（2）根据机械能守恒，n振幅仍为A习题五 n 1997年5月，我国生产的超高压数控万能水 切割机，以其神奇的切割性能在北京举行的 第五届国际机床展览会上引起轰动。它能切 割40mm厚的钢板、50mm厚的大理石板。 水刀就是将普通的水加压，使其从口径为 0.2mm的喷嘴中以800m/s1000m/s的速度喷 出。它可以切割软质材料；若在水中加入细 砂，则能切割硬质材料。假设水的密度为 ，喷出水的速度为V，水流垂直作用于 待切割材料表面，且作用后水的速度为零， 求水刀对材料的压强的表达式

15、。根据上述数 据估算水刀对材料产生的压强。思路点拨 n 选择研究对象 n研究对象的体积 n研究对象的质量 n选用什么规律？动能定理？动量定理 ？ 等于SVt 等于SVt nFt=mv-mv=0- svtv= sv 2 t P=F/S= v 2习题六 n 质量为M、具有四分之一 光滑园弧轨道的木块A静 止在光滑水平面上，园弧 半径R=0.25m，槽口的切 线水平，与水平面的距离 为H=0.8m，质量为m=M/4 的小球B，在园弧形槽的上 端由静止开始沿槽滚下， 求： （1）小球离开木块时的速度 。 （2）小球落地时与木块右侧 的水平距离。（g=10m/s 2 )思路点拨 n 由于B的运动过程遵循

16、不同的规律，本题用隔离法。 把两个过程隔离出来分析。 n B在木块上滑动，A与B的系统动量守恒。mv 1 +Mv 2 =0 系统的机械能守恒 mv 1 2 /2+Mv 2 2 /2 =mgR 得v 1 =2m/s A与B分离后，B作平抛运动、t=0.4s A作匀速运动。两物 间距离L=（V 1 +V 2 )t=1m习题七 n 如下图示的质量为M的斜面体倾角为，斜面上有一 质量为m的木块沿斜面下滑。（1）斜面光滑；（2） 木块与斜面间的动摩擦因数为。试在上述两种下求 水平地面对斜面体的支持力N和静摩擦力f。思路点拨 n 常规方法是隔离法。先研究m。（1）a=gsin 再 研究M ，它的受力图如右

17、。 n静摩擦力最后画。f=mgcos sin (2) a=gsin - gcos M的受力图如下 N=Mg+mgcos 2 f 静 =mgcos sin - mgcos2 N=Mg+mg(1-sin 2 + cos sin )例题八 n 一木块从右图中的 A点由静止开始滑 下，又在水平面上 滑动一段距离后又 滑上右边的斜面并 停在B点。若各处 动摩擦因数均为 ，又测得AB的连线 与水平面的夹角为 ，求证=tan。 思路点拨与解题规范训练 n 本题只有一个物体但有三个运动过 程。要考虑对过程用隔离法还是整 体法。 n 适用的规律是动能定理。 n 先用隔离法：从A到C有mgh A + ACmgco

18、s cos180= E kc -0 从C到D CDmgcos180 =E kd -E kc 从D到B -mgh b - BDmgcos=0-E kdAC cos =AC BDcos=DB 三个方程相加得 mg(h a -h b )- mg( AC +CD+ DB )=0 得= (h a -h b )/AB=tan C D A B A练习1 n m作自由落体的条件是只受重力，故m与M 间无弹力。对m：H=gt 2 /2 对M:S=at 2 /2 当H/S=tan 时F有最小值。故 g/a=tan ,a=gcot F i =Mgcot 练习2 n 先研究物体，T-mg=ma T=20(g+a)=3

19、00N再研究人，g N=300N练习 n 先研究大环，f=Mg 再研究m f+mg=maa=(M+m)g/m n2ah=v 0 2 h=mv 0 2 /2(M+m)g练习 n 系统水平方向动量守恒，m 1 v 1 +m 2 v 2 =0先研究人，人平抛运动的时间t=0. s,人平 抛的初速度 人 m/s. 再研究小车， 车 m/s 再研究系统，人做的功等于系统增加的动能 。 k人 +E k车 =300J练习 n 先研究系统，水平方向动量守恒。 mV 2 =0. 研究青蛙，平抛的位移 V 2 t 对小车，水平位移 t 据题意（ V 2 ） t 得： 取练习6 n 物块m作简谐振动，要把全过程隔离

20、分析。物块对弹簧的压力最大时是在最低点，此时加速 度最大，位移最大，弹力最大。 F m -mg=ma m, a m =0.5 g 最小压力出现在最高点。 mg-F i =ma i a i=a m ( 大小相等） F i = 0.5m g 物块与弹簧恰不分离的条件是弹力等于零.此时的加 速度等于g, (mg=ma),因为加速度与位移成正比,此 时的振幅是2A. 所以振幅不能超过2A.练习7 n 对小球的运动过程要隔离分析.恰能到最高点 的条件是重力作为向心力,即mg=mv C 2 /R, v C = ,从B到C点机械能守恒. mg2R+mv c 2 /2=mv b 2 /2 mv b 2 /2=5mgR/2 从A到B由于摩擦力做功,机械能不守恒,只能用 动能定理. mv b 2 /2- mv 0 2 /2=-mg2R V 0 = 球在B点时,N-mg=mv b 2 /R=5mg N=6mg练习8 n 在连续的空气中选择一圆柱形空气作为研究 对象.它的长为L=V 0 t,如下图: 这些空气的质量m=V 0 tS 它的动量变化量P= V 0 2 tS 它的冲量是Ft= V 0 2 tS F= V 0 2 S 再研究飞机,Mg=F =F= V 0 2 S 故V 0 = =15.1m/s