高考物理中,整體法通常適用于研究多個(gè)物體系統(tǒng)的運(yùn)動,可以同時(shí)考慮系統(tǒng)內(nèi)各個(gè)物體的相互作用。以下是一些整體法在高考物理中的應(yīng)用例子:
1. 連接體運(yùn)動:多個(gè)物體一起運(yùn)動的問題,可以使用整體法忽略內(nèi)部相互作用,直接分析整體在運(yùn)動學(xué)上的表現(xiàn),例如牛頓運(yùn)動定律、動量守恒、能量守恒等。
2. 電磁感應(yīng)中求加速度:當(dāng)電磁感應(yīng)中的物體與另一個(gè)勻速運(yùn)動的參考系下的物體合成時(shí),可以應(yīng)用整體法求得整體的加速度。
3. 電磁感應(yīng)問題:當(dāng)電路中多個(gè)物體組成時(shí),可以用整體法同時(shí)考慮電流、電阻、電動勢等因素對整體的影響。
4. 碰撞問題:兩個(gè)或多個(gè)物體在碰撞前后系統(tǒng)動量、動能達(dá)到守恒,這時(shí)可以用整體法直接分析系統(tǒng)在碰撞過程中的運(yùn)動狀態(tài)。
5. 含電容器在內(nèi)的電路問題:當(dāng)含電容器在內(nèi)的多電阻電路中,各個(gè)電阻之間的作用是并聯(lián)的,也可以使用整體法將含電容器在內(nèi)的電路作為一個(gè)整體來處理。
請注意,在應(yīng)用整體法時(shí),需要注意各個(gè)物體之間的相互作用力,以及整體系統(tǒng)所受到的外力情況。
題目:一質(zhì)量為 M 的小車放在水平地面上,小車右端安裝有一半徑為 R 的固定轉(zhuǎn)軸。小車上表面和地面平滑,左端放置一質(zhì)量為 m 的物塊,小車和物塊一起以角速度 ω 繞轉(zhuǎn)軸做勻速圓周運(yùn)動。已知 M > m,且 R > 2(M + m)g/ω2。求:
(1)物塊與小車間的摩擦力對系統(tǒng)做功情況;
(2)物塊與小車間的動摩擦因數(shù)。
解析:
(1)整體法是將整個(gè)系統(tǒng)作為研究對象,考慮系統(tǒng)受到的外力和外力做功。在這個(gè)問題中,整體受到的合外力為零,因此系統(tǒng)所受的摩擦力對系統(tǒng)不做功。
(2)根據(jù)牛頓第二定律,整體受到的向心力由摩擦力提供,因此有:
$f = M\omega2R = m\omega2r$
其中,r 為物塊在小車上滑動的半徑。由上式可得:
$\mu = \frac{m}{M} \times \frac{R}{r} = \frac{m}{M} \times \frac{R}{\sqrt{R^{2} - 4(M + m)g \times \frac{M + m}{M \cdot \omega^{2}}}} = \frac{m}{M + m}$
答案:(1)摩擦力對系統(tǒng)不做功
(2)動摩擦因數(shù)為 $\frac{m}{M + m}$
這個(gè)例子展示了如何使用整體法解決高考物理問題,通過分析系統(tǒng)的受力情況和做功情況,可以更方便地求解相關(guān)問題。