整體隔離法解答高中物理問題應用分析

宋海榮

【摘要】整體隔離法是解答高中物理問題常見的方法之一，整體法指的是把多個物體看作一個對象分析與外界之間的聯系，隔離法則是指具體分析物體之間的互相作用，各自具有不同特點和適用范圍.本文主要分析整體隔離方法在不同問題中的應用過程，幫助學生更熟練地運用整體隔離法解答高中物理問題，提高解題效率和得分率.

【關鍵詞】高中物理；整體隔離法；解題思路

整體法和隔離法是在研究物理問題中運用的兩種方法.整體法關注整個系統或物理過程，從整體上分析問題，以整體為研究對象，不受細節束縛，能培養整體思維，有效解決物理難題.而隔離法則是將部分從系統中隔離出來進行獨立研究，注重培養細節思維，從局部分析問題，簡化復雜問題，有效應對物理難題.

1 處理平衡問題

整體隔離法適用于平衡狀態下物體的受力分析，運用整體法分析問題時需要忽略內部之間力的相互作用，主要觀察外界與整體對象的相互作用，其次隔離法適用于單獨物體的分析，需要注意分析對象受到的所有作用力.

例1 如圖1所示，木板C放在水平地面上，物塊A，B放在木板上，用不可伸長的細線將物塊A與豎直墻連接，細線剛好拉直，物塊A，B質量均為m，木板C質量為2m，物塊A，B與木板間及木板與地面之間的動摩擦因數均為0.5，最大靜摩擦力等于滑動摩擦力，現給物塊B施加一個水平向右的拉力F，在拉力F逐漸增大的過程中（物塊B和木板C保持相對靜止），下列說法正確的是（ ）.

（A）B受到合力越來越大.

（B）C受到地面的摩擦力與受到B的摩擦力一定等大反向.

（C）A先受到兩個力作用，后受到四個力作用.

（D）C受到B的摩擦力與受到A的摩擦力方向相反.

剖析 首先觀察選項可知A、B、C都要進行受力分析，故應用隔離法對問題做出解答，按順序依次對平衡狀態下各個物體做出分析，即可對選項做出正誤判斷，從而得到最終答案.

解 物塊B與木板C的最大靜摩擦力為μmg=0.5mg，

物塊A與木板C的最大靜摩擦力為μmg=0.5mg，

木板C與地面的最大靜摩擦力為4μmg=2mg，

物塊B和木板C保持相對靜止，在拉力F逐漸增大的過程中，物塊B始終保持不動，即合力為0，木板C也保持靜止，即C受到B的水平向右的摩擦力，和地面給的水平向左的摩擦力等大反向.故選項（A）錯誤，選項（B）正確.

由于A只受到重力和支持力，二力平衡，A與C之間沒有摩擦力，故選項（C）（D）錯誤.

變式 如圖2所示，用等長的輕繩懸掛兩個質量相同的小球a、b，在兩小球上施加大小相等、方向相反的水平恒力F，則達到平衡狀態后兩小球的位置正確的是（ ）.

剖析 分析平衡狀態下繩子偏向的方向，首先上段繩子和下段繩子受力不同，上段應采取整體法進行分析，將a、b看作一個整體，其次下段繩子應主要分析小球b的受力情況，從而得到偏向方向，即問題所求.

解析 ①將a、b視為整體，由題可知水平方向合力為0，故上段輕繩處于豎直向上狀態，

②隔離b，已知b受到水平向左拉力，故下段輕繩應向左偏，

綜上，正確答案為選項（A）.

2 處理動力學問題

當物體在做勻變速直線運動時，其相關問題也能使用整體隔離法解答.若求解單獨物體受力情況時，隔離法比較適合；若求解物體整體的運動狀態和受力情況時，則采取整體法比較方便.根據不同設問方式和情況，靈活應用整體隔離方法解答問題.

例2 如圖3，載貨車廂通過懸臂固定在纜繩上，纜繩與水平方向夾角為θ，當纜繩帶動車廂以加速度a沿纜繩向上做勻加速直線運動時，貨物在車廂中與車廂相對靜止，假設滑動摩擦力等于最大靜摩擦力，重力加速度為g，則貨物與車廂間的動摩擦因素至少為.

剖析 求解貨物的受力情況時，采取隔離法比較方便，運用牛頓第二定律進行受力分析，列出方程后，即可求出動摩擦因數的具體表達式.

解析 設貨物質量為m，以貨物為研究對象進行受力分析，同時將加速度a沿水平方向和豎直方向分解，如圖4所示：

水平方向加速度為ax=acosθ，

豎直方向加速度為ay=asinθ，

對于貨物m，根據牛頓第二定律可得N－mg=may，

在水平方向，根據牛頓第二定律可得f=max，

又f=μN，聯立解得μ=acosθ/g+asinθ.

3 結語

上述例題分別介紹了如何靈活運用整體隔離法解答不同類型的高中物理問題，平衡問題、動力學問題、充分認識和掌握整體隔離法，是高效解題的基礎，也是學生應該關注的學習內容.

參考文獻：

[1]龐亞茹.高中物理解題的整體法和隔離法的應用研究[J].數理化解題研究， 2021， 000（031）：92-93.

[2]張維平.高中物理解題的整體法和隔離法的應用[J].高中數理化， 2020（14）：32.

[3]宋惠龍.淺析整體法和隔離法在高中物理習題求解中的應用[J].數理化解題研究， 2019（1）：87-88.