隔離法在高中物理中的應(yīng)用探索

【摘要】隔離法是解決高中物理問(wèn)題的重要方法，體現(xiàn)了從一般到特殊的思維過(guò)程.通過(guò)隔離法可以弄清物體局部的受力情況和運(yùn)動(dòng)情況，再?gòu)恼w的角度建立物理量之間的聯(lián)系.本文結(jié)合幾道例題探索隔離法在高中物理中的實(shí)踐運(yùn)用，以供讀者參考.

【關(guān)鍵詞】 隔離法；高中物理；解題技巧

1 隔離法解決摩擦力問(wèn)題

例1 如圖1所示，質(zhì)量M=10kg，傾角θ=30°的斜面ABC靜止放在粗糙的水平地面上，斜面與地面間的動(dòng)摩擦因數(shù)μ=0.02.有一質(zhì)量m=0.1kg的物體由靜止?fàn)顟B(tài)沿著斜面下滑，當(dāng)滑行的路程s=1.4m時(shí)，其速度v=1.4m/s，在滑行的過(guò)程中斜面與地面之間沒(méi)有相對(duì)滑動(dòng).試求地面對(duì)斜面間的摩擦力.（g取10m/s2）.

解 易知物體在斜面上的運(yùn)動(dòng)是勻加速直線運(yùn)動(dòng)，由v2=2as得a=v22s=0.7m/s2.

而a<gsinθ=5m/s2，可知物體受到斜面給的斜向上的摩擦力f1.

隔離物體m，對(duì)m進(jìn)行受力分析，如圖2所示，由牛頓第二定律可知mgsinθ－f1=ma，mgcosθ－N1=0，

隔離斜面，對(duì)斜面進(jìn)行受力分析，如圖3所示，地面對(duì)斜面的摩擦力為f2，假設(shè)其方向水平向左，則由物塊受力平衡可知f′1cosθ+f2=N′1sinθ，其中f1=f′1，N1=N′1.

由此可得f2=macosθ=0.06N，滿足假設(shè)，其方向水平向左.

評(píng)注 本題中有兩個(gè)研究對(duì)象：物體和斜面，斜面是靜止的，物體是在運(yùn)動(dòng)的，所以可以先將物體隔離出來(lái)進(jìn)行研究，分析其受力情況，從而得到斜面和物體之間的摩擦力.而物體因?yàn)槠涮幱陟o止?fàn)顟B(tài)，所以受力平衡，就可以利用正交分解法將關(guān)于力的等式列出來(lái)，從而最終得到摩擦力的大小，并通過(guò)值的正負(fù)判斷受力方向.

2 隔離法解決壓力變化問(wèn)題

例2 如圖4所示，光滑的斜面上放置一個(gè)豎直擋板MN，并靠近兩個(gè)鋼球P、Q，兩球最初處于靜止?fàn)顟B(tài)，若將擋板MN繞N端緩慢轉(zhuǎn)至于斜面垂直的方向，則在轉(zhuǎn)動(dòng)的過(guò)程中，P、Q鋼球之間壓力的變化情況是（ ）

（A）一直增大. （B）一直減小.

（C）先增大后減小. （D）一直不變.

解 本題研究的P，Q鋼球之間壓力是系統(tǒng)的內(nèi)力，所以可以用隔離法分析.

隔離的對(duì)象選擇P，因?yàn)閺囊阎獥l件可知P受力的個(gè)數(shù)較少，其只受到斜面的支持力、重力、鋼球Q的彈力共三個(gè)力的作用.

因?yàn)槠涮幱陟o止?fàn)顟B(tài)，所以受力平衡，三個(gè)力的合力為零.在擋板移動(dòng)的過(guò)程中，重力的大小和方向均不變，鋼球Q對(duì)鋼球P的彈力方向不變，斜面對(duì)鋼球P的支持力方向不變，所以分解重力的兩個(gè)方向均不變，所以（D）選項(xiàng)正確.

評(píng)注 對(duì)于這類壓力變化類問(wèn)題，要從內(nèi)力的角度分析，找到其中的不變量，并通過(guò)將力分解的方式觀察各個(gè)力在變化的過(guò)程中在分解方向上分力的變化情況，由此得出答案.而對(duì)于此類問(wèn)題，運(yùn)用隔離法的研究對(duì)象一般是受力個(gè)數(shù)較少的物體.

3 隔離法解決瞬時(shí)性問(wèn)題

例3 如圖5所示，彈簧S1上端固定在天花板上，下端連著一個(gè)物塊A，物塊A和B之間用一根細(xì)線相連，物塊B和物塊C之間用彈簧S2相連.設(shè)物塊A，B，C的質(zhì)量分別為mA，mB，mC，彈簧和線的質(zhì)量忽略不計(jì).初始時(shí)三者都處于靜止?fàn)顟B(tài)，現(xiàn)將物塊A，B之間的線突然剪斷，求線剛被剪斷時(shí)A，B，C三者的加速度.

解 未剪斷線前，S1的彈力F1=（mA+mB+mC）g，S2的彈力F2=mCg.

線剛被剪斷的瞬間，彈簧長(zhǎng)度不變，則F1，F(xiàn)2的大小不變，線拉力為零.

設(shè)此時(shí)物塊A，B，C的加速度大小分別為aA，aB，aC對(duì)物塊B、C分別進(jìn)行受力分析，受力情況如圖6所示，

則F1－mAg=mAaA，

F′2－mBg=mBaB，

F2－mCg=mCaC，

F′2=F2.

解以上各式可得aA=mB+mCmAg（方向豎直向上），

aB=mB+mCmBg（方向豎直向下），

aC=0.

評(píng)注 彈力并不是瞬時(shí)力，因此在線被剪斷的瞬間，彈簧的長(zhǎng)度均未發(fā)生變化，所以彈簧對(duì)物體的彈力不變，再運(yùn)用隔離法分別列出每個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)方程，聯(lián)立即可求解.

4 結(jié)語(yǔ)

研究對(duì)象、研究過(guò)程的選擇很大程度上會(huì)影響問(wèn)題求解的繁瑣程度.靈活運(yùn)用隔離法，可以幫助學(xué)生更好地分析局部的物理量變化情況，實(shí)現(xiàn)難點(diǎn)的逐個(gè)突破，使解題思路更加清晰.在運(yùn)用隔離法時(shí)還要適當(dāng)結(jié)合整體法，加深對(duì)于研究對(duì)象的性質(zhì)理解.在此過(guò)程中，能有效提高學(xué)生解決問(wèn)題的能力.