对整体法和隔离法的进一步认识

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  相对静止的物体,通常要用到整体法,但是对于一静一加速的系统,整体法就显得不太适用,分别隔离又显得繁琐。下面,我给同学们介绍一下我总结的一种方法,我称之为“系统牛顿第二定律法”,此法在解决此类问题时,显得非常方便、适用。
  一、 系统牛顿第二定律法
  系统牛顿第二定律法内容:系统任一方向受到的合力等于组成系统物体各自质量与其各自在该方向上的加速度乘积之和。表达式:Fm=MAaAm+MBaBm
  应用技巧:①选取好研究方向。②应用此法其关键点在于找到各自的加速度。
  二、系统牛顿第二定律法的解释
  (1)请各位耐心听我讲解一下它是怎么推导出来的,这要分几步:如图1所示:光滑水平面上两个物体A和B叠加在一起,在水平恒力F的作用下一起向右做匀加速运动。上体题中若用整体法可得到表达式1:F=(MA+MB)a。表述1:系统所受合力等于系统质量与其加速度的乘积。
  (2)表达式1中,F同时也是系统水平方向的合力,可以用Fx替代,a同时也是系统水平方向的加速度;可以用ax替代,则表达式变为:表达式2:Fx=(MA+MB)ax。表 述2:系统水平方向受到的合力等于系统质量乘以其水平方向加速度。
  (3)在表达式2的基础上加以变形为表达式3。表达式3:Fx=MAax+Mbax。表述3:系统水平方向合力等于组成系统物体各自的质量与系统在水平方向加速度乘积之和。
  (4)表达式3中ax是系统的加速度,更是A、B各自的加速度,所以我们可以用aAx和aBx分别替代A、B各自对应的加速度,则表达式3变为表达式4。表达式4:Fx=MAaAx+MbaBx。表述4:系统水平方向受到的合力等于组成系统物体各自的质量与其各自水平方向加速度乘积之和。由此得到的系统牛顿第二定律法。
  三、系统牛顿第二定律法应用
  下面通过两个例子来体现此法的妙用,例1:如图1所示小猴质量为m,杆和台子质量为M,小猴从杆顶以加速度a勻加速滑下,求杆和台子对地面的压力多大。
  分析:小猴和杆及台子作为系统研究,小猴与杆子的摩擦力为内力,不再考虑。整体受力分析如图2所示。①研究竖直方向,竖直方向系统合力 (M+m)g—FN,②为小猴加速度为a,杆和台子静止,加速度为0。系统牛顿第二定律法:(M+m)g—FN=ma+M0,所以FN=(M+m)g—ma,由系统牛顿第二定律法得:FN’=FN
  例2:如图4所示,光滑斜面上一小物块质量为m,由静止释放,斜面体质量为M,求小物块下滑过程中,地面给斜面体的支持力和摩擦力是多少。
  分析:物块和斜面作为系统研究,物块与斜面的力为内力,不再考虑。整体受力分析如图6所示。①研究竖直和水平方向。②如图5所示物块具有沿斜面向下加速度a=gsinθ,如图7所示需向水平和竖直方向分解;斜面体静止,加速度为0
  系统牛顿第二定律法:水平:f=m gsinθcosθ+M.0;竖直:(M+m)g—FN=mgsin2θ+ M.0;所以:f=m gsinθcosθ,FN=(M+m)g—mgsin2θ
  通过两例,可以看出系统牛顿第二定律方便适用,解决问题快速,希望对同学们有所帮助。
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