高中物理连接体问题的解题策略

【摘要】本文通过对连接体问题的常见类型进行分析，详细阐述整体法与隔离法等关键解题方法，并结合实例说明这些方法在具体问题中的应用，体现对物理过程的理解和受力分析的重要性，旨在帮助学生更好地掌握连接体问题的解题思路，提高解决此类问题的能力.

【关键词】高中物理；连接体问题；解题策略

在高中物理学习中，连接体问题是一类较为复杂且常见的问题.这类问题涉及多个物体通过一定的连接方式相互作用，需要学生综合运用力学知识进行分析和求解.正确理解和掌握连接体问题的解题策略，对于学生提高物理思维能力和解题水平具有重要意义.

1 叠加体模型

例1 如图1所示，在光滑的水平面上有一倾角为θ的光滑斜面C，斜面C上叠放着A，B两物块，B的上表面水平.A，B，C的质量均为m，重力加速度大小为g.现对C施加一方向水平向右的恒力，使A，B，C保持相对静止，则下列说法正确的是（ ）

（A）B受到3个力的作用．

（B）B对C的压力大小为2mgcosθ．

（C）C所受合力的大小为3mgtanθ．

（D）A对B的摩擦力大小为mgtanθ，方向水平向右．

解析 对B进行受力分析，B受到重力、C对它的支持力、A对它的压力和A对它的静摩擦力4个力的作用，故（A）错误；C对A、B整体的支持力大小N=2mgcosθ，根据牛顿第三定律可知，B对C的压力大小为2mgcosθ，故（B）正确；设A，B，C的加速度大小为a，有Nsinθ=2ma，解得a=gtanθ，则C所受合力的大小为F合C=ma=mgtanθ，故（C）错误；对A有fA=ma=mgtanθ，方向水平向右，根据牛顿第三定律可知，A对B的摩擦力大小为mgtanθ，方向水平向左，故（D）错误.

点评 解决本题的关键是A、B、C三个物体保持相对静止，这类连接体问题需要巧妙运用整体法和隔离法对物体或系统进行受力分析，再根据牛顿第二定律分析或解答.

+oLGXbYWjwjS7e+UCJM4WuDoi1MrYxBQxmeF4P0tBUw=2 轻绳轻杆连接体模型

例2 如图2所示，光滑水平面上放置木板C，一支架B放置在木板C上，一段细线上端固定在支架上，下端连接小球A.已知小球A、支架B、木板C质量分别为1kg，2kg，3kg，支架B底座与木板C之间的动摩擦因数μ=0.75，现对木板施加向右水平的拉力F，设最大静摩擦力等于滑动摩擦力，sin53°=cos37°=0.8，cos53°=sin37°=0.6，重力加速度g取10m/s2，下列说法正确的是（ ）

（A）细线与竖直方向的最大偏角为53°．

（B）细线与竖直方向的最大偏角为37°．

（C）当拉力F=30N时，细线对A的拉力大小为55N．

（D）当支架B与木板C间发生滑动时，拉力F最小值为22.5N．

解析 根据题意可知，支架B与木板C间发生滑动时，支架B与小球A的加速度最大，有f=μmA+mBg=mA+mBa0，即a0=μg=7.5m/s2，此时细线与竖直方向夹角最大为θ，选小球A为研究对象，则有Tcosθ=mAg，Tsinθ=mAa0，解得θ=37°，选木板C为研究对象，则有F－f=mCaC，且aC≥a0，解得F≥45N，即当支架B与木板C间发生滑动时，拉力F最小值为45N，故（A）（D）错误，（B）正确；当拉力F=30N时，支架B与木板C相对静止，即A、B、C三者相对静止，其加速度为a，由牛顿第二定律，有F=mA+mB+mCa，解得a=5m/s2，此时细线拉力为T，细线与竖直方向的偏角为α，选小球A为研究对象，有Tcosα=mAg，Tsinα=mAa，解得T=mAa2+g2=55N，故（C）正确.

点评 在轻绳轻杆连接体模型中，杆连接着的物体加速度和速度相同，而绳连接的两物体加速度和速度可能不同，解决这类问题时，需要运用整体法或隔离法对系统或系统内物体进行受力分析，再结合过程中是否存在临界点，进而解决问题.

3 弹簧连接体模型

例3 如图3所示，一劲度系数k=100N/m的轻质弹簧下端固定于地面上，质量m1=0.12kg的物块A与质量m2=0.10kg的物块B叠放在其上，处于静止状态.t=0时，在物块A上施加一竖直向上的力F，使两物块一起匀加速上升，t=0.10s时，两物块恰好分离.已知重力加速度为g =10m/s2，求：

（1）两物块匀加速运动的加速度大小；

（2）分离时力F的大小.

解析 （1）初始时，物块A，B叠放在一起，处于静止状态，此时弹簧的形变量为Δx1，有kΔx1=（m1+m2）g，

解得Δx1=2.2×10－2m，

两物块分离时，物块之间的相互作用力恰好为0，此时弹簧的形变量为Δx2，以物块B为研究对象，有kΔx2－m2g=m2a，

又Δx1－Δx2=12at2，

联立解得a=2m/s2.

（2）两物块分离时，以物块A为研究对象，

有F－m1g=m1a，

解得F=1.44N.

点评 在这类弹簧连接体模型中，物体在外力作用下运动过程中，弹簧的弹力和物体之间的弹力均为变力，需要分析运动过程中各力的变化即可找到临界点，再根据动力学知识解决问题.

4 结语

高中物理连接体问题是力学中的重要内容，通过掌握整体法和隔离法等解题策略，并结合正确的受力分析和对物理过程的理解，学生能够有效地解决此类问题.在实际学习中，学生需要不断地练习和总结经验，提高自己的解题能力和思维水平.同时，教师在教学过程中也应注重引导学生掌握正确的解题方法和思路，培养学生的物理学科素养.未来，随着科学技术的不断发展，连接体问题的应用领域将更加广泛，对学生解决此类问题的能力也将提出更高的要求.

参考文献：

［1］高峰.高中物理连接体模型透视［J］.中学教学参考，2020（35）：57-58.

［2］陈光辉.高中物理动力学中的连接体问题分析［J］.高中数理化，2024（08）：20-21.

［3］王建民.高中物理常见的几种连接体问题［J］.湖南中学物理，2013，28（08）：53-55.

［4］孙召昂.连接体问题中的临界问题［J］.数理天地（高中版），2023（20）：24-25.

［5］卢彦玲.高中物理中运用整体法处理连接体问题的教学研究［J］.考试周刊，2012（40）：129-130.