斜面体模型受力问题
(先说一下找这篇文章出来的原因。假期给小家伙简单过了一下高中物理的力学部分的概念,接着就按照套路做竞赛题目。结果,小家伙问我,为什么要分解力?为什么要这样分解力?你不告诉我为什么,我怎么相信你说的是对的?我不sure你说的是对的,怎么按你说的去做题。)
(真的,再不敢说自己的高中物理及格过了。搜索出来这么一篇。)
(闲的无聊的话,权当活动脑细胞吧。)
(我有点儿受不了了。小家伙问我,你确定你上学的时候听懂老师讲什么了吗?)斜面体模型是高中物理比较庞大的一类物理模型,相信很多小伙伴儿们对它都是闻风丧胆呀!确实,这是个像幽灵一般的存在。它在很多地方都会出现,比如受力分析,牛顿第二定律,运动学,平抛运动,动能定理、功能关系以及动量这些地方都会出现。所以这是一个攻坚任务呀!
今天我们专门针对它在受力分析中出现的其中一种情况进行分析。其时确切来讲的话,它应该叫斜面体加重叠体模型。
我们先来看一道例题。
例题1:一个质量m的滑块静止在一粗糙斜面体上,水平面不光滑。
(1)判断地面对M的支持力和摩擦力的大小和方向。
(2)判断M对m的支持力和摩擦力的大小和方向。
这个例题是最典型的斜面体加重叠体模型,而应用的方法就是整体隔离法!
整体隔离法:
整体隔离法包括整体法和隔离法两种方法。这两种方法在受力分析的时候几乎是同时使用。
使用原则:分析外力最好用整体,分析内力只能用隔离。
怎么区别外力和内力:(此外力非彼外力)
外力:系统外的物体和系统内的物体之间的力叫外力;内力:系统内的物体和系统内的物体之间的力叫内力。注意:这里所说的外力是针对系统来说的,不是特指画在图上的外力F。两个概念哈!
例如:
如果把A和B作为一个系统:则①和②是内力,③和④是外力;
如果把B和C作为一个系统:则③是内力,①、②和④是外力;
依此类推……
如例题1所示,如果我们把这两个物体(滑块和斜面体)看成一个整体,那么地面对斜面体M的力就是外力,M与m之间的力就是内力。
所以这个题的第(1)问关于外力,用整体法;第(2)问关于内力,用隔离法。
第(1)问用整体法,对滑块m和斜面体M作为整体进行受力分析,分析结果如下
根据受力分析图所示,地面对斜面体的支持力等于两物体重力之和,即
,方向竖直向上;地面对M无摩擦力。 注意:把M和m当作整体受力分析的话,可以像右图这样分析,当成一个整体就相当于是一个物体。
第(2)问用隔离法,因为滑块m比斜面体M受力个数少,根据“受力个数选其少”原则,故对滑块m进行受力分析,分析结果如下
根据受力分析图所示,M对m的支持力垂直斜面向上,大小为mgcosθ;M对m的摩擦力平行斜面向上,大小为mgsinθ。
例题2:一个质量m的滑块在一水平向右的外力F的作用下静止在一粗糙斜面体上,水平面不光滑。
(1)判断地面对M的支持力和摩擦力的大小和方向。
(2)判断M对m的支持力和摩擦力的大小和方向。
(3)若F变大,这两个力的变化情况。
第(1)问用整体法,对滑块m和斜面体M作为整体进行受力分析,分析结果如下
根据受力分析图所示,地面对斜面体M的支持力等于两物体重力之和,即
,方向竖直向上;地面对M的摩擦力方向向左,大小等于F。
第(2)问用隔离法,因为滑块m比斜面体M受力个数少,根据“受力个数选其少”原则,故对滑块m进行受力分析,分析结果如下
根据受力分析图所示,M对m的支持力垂直斜面向上,大小为
; 当
时:M对m的摩擦力方向平行斜面向上,大小为 ; 当
时:M对m没有摩擦力; 当
时:M对m的摩擦力方向平行斜面向下,大小为 . 第(3)问:
当F变大,则地面对斜面体的支持力N不变,摩擦力
变大;M对m的支持力 变大; 当
时:M对m的摩擦力 有可能平行斜面向上变小,也有可能平行斜面先变小再反向增大; 当
时:M对m的摩擦力 平行斜面向下变大; 当
时:M对m的摩擦力 平行斜面向下变大.
例题3:一个质量m的滑块在一沿斜面向上的外力F的作用下静止在一粗糙斜面体上,水平面不光滑。
(1)判断地面对M的支持力和摩擦力的大小和方向。
(2)判断M对m的支持力和摩擦力的大小和方向。
(3)若F变大,这两个力的变化情况。
第(1)问用整体法,对滑块m和斜面体M作为整体进行受力分析,分析结果如下
根据受力分析图所示,地面对斜面体M的支持力方向竖直向上,大小为
;地面对M的摩擦力 方向向左,大小等于 。 第(2)问用隔离法,因为滑块m比斜面体M受力个数少,根据“受力个数选其少”原则,故对滑块m进行受力分析,分析结果如下
根据受力分析图所示,M对m的支持力垂直斜面向上,大小为
; 当
时:M对m的摩擦力方向平行斜面向上,大小为 ; 当
时:M对m没有摩擦力; 当
时:M对m的摩擦力方向平行斜面向下,大小为 .
第(3)问:
当F变大,则地面对斜面体的支持力N变小,摩擦力
变大;M对m的支持力 不变; 当
时:M对m的摩擦力 有可能平行斜面向上变小,也有可能平行斜面先变小再反向增大; 当
时:M对m的摩擦力 平行斜面向下变大; 当
时:M对m的摩擦力 平行斜面向下变大.
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