连接体问题是高中物理力学的核心题型,在高考中出现频率极高。
这类题目通过多个物体的相互作用,综合考察牛顿运动定律、摩擦力计算和整体隔离法的应用,能够有效锻炼学生的系统分析能力和逻辑推理能力。掌握这类题型的解题方法,对后续电磁学、能量守恒等章节的学习也有重要铺垫作用。星博物理对此做了一个总结,帮助同学们突破难关!
例题
如图所示,水平面上有两个物块A和B,质量分别为m₁=2kg、m₂=3kg,它们之间用轻绳连接。现用大小为F=20N的水平拉力作用于A,使两物块一起向左加速运动。已知A与水平面间的动摩擦因数μ₁=0.2,B与水平面间的动摩擦因数μ₂=0.1,求:
(1)两物块的加速度大小;
(2)轻绳中的张力T。
解析:
关键分析步骤:
1. 明确研究对象:本题为连接体问题,两物块加速度相同,可采用“整体法+隔离法”组合求解。
2. 整体法求加速度:
整体受力:水平方向受拉力F,整体摩擦力f₁+f₂,竖直方向重力与支持力平衡。
列牛顿第二定律方程:F-(μ₁m₁g + μ₂m₂g) = (m₁ + m₂)a
代入数据:20N-(0.2×2×10 + 0.1×3×10)N = 5kg·a → a= (20-7)/5 = 2.6m/s²
3. 隔离法求绳张力:
隔离B物块:水平方向受绳张力T和摩擦力f₂
列方程:T-μ₂m₂g = m₂a
代入数据:T-0.1×3×10 = 3×2.6 → T=3×2.6 + 3=10.8N
答案:
(1)加速度a=2.6m/s²;
(2)绳张力T=10.8N
01深度分析解题方法
1. 整体法的应用条件:
当多个物体加速度相同时,可将其视为整体,忽略内部相互作用力(如绳张力),简化受力分析。
2. 隔离法的选择技巧:
优先隔离受力简单的物体(如本题选B,因其仅受T和f₂),减少未知量数目。
3. 常见易错点提醒:
摩擦力计算:注意区分动摩擦因数μ与接触面的对应关系(A与B的μ不同)
加速度方向:整体加速度方向与拉力方向一致,隔离体加速度方向需与整体保持一致
单位统一:计算时确保所有物理量单位为国际单位制(kg、N、m/s²)
4. 拓展思考:
若拉力F作用于B物块,加速度和绳张力会如何变化?此时应优先隔离A物块分析,体会“谁受力谁加速”的物理本质。
02学习建议
1. 建立模型意识:遇到多物体问题时,先判断是否满足整体法条件2. 规范受力分析:用“一重二弹三摩擦四其他”的顺序逐个分析力3. 强化方程联立:明确每个方程对应的研究对象和物理规律4. 错题归类整理:将不同情境下的连接体问题对比分析,总结共性规律
通过这类问题的训练,学生不仅能掌握具体解题技巧,更能培养“化繁为简、系统思维”的物理学科核心素养。
建议同学们动手推导一遍本题,并尝试改变参数(如拉力方向、动摩擦因数)进行变式训练,加深理解。