也谈连接体间的力的传递规律

来源 :中学物理·高中 | 被引量 : 0次 | 上传用户:sunxunjun2008
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  卢伟老师在《中学物理教学参考2011 版1-2期》提到连接体间弹力的传递规律,很多文献上都有类似的文章,但是大家讨论的似乎都局限于无摩擦力,或者摩擦因数相同的情况,下面再进一步探讨.
  例题1质量为mA、mB的A、B两物体在推力F的作用下沿倾角为θ的斜面加速上滑(图1),两物体与斜面间的摩擦因数都为μ.求:A、B之间的作用力的大小.
  对整体:a=F-(mA mB)gsinθ-μ(mA mB)gcosθmA mB,
  对A物体:a=N-magsinθ-μmAgcosθmA,
  以上二式联立得N=mAmA mBF.
  推广:(1)当斜面光滑时μ=0同样成立;(2)当在水平面上时同样成立.
  结论出来了,很完美的质量分配关系.很多资料对该问题的研究就到此为止了,并且还附加了条件,就是两物体的摩擦因数必须相同,否则结论不成立.但是笔者还有一些想法想和大家分享.为什么会出现上述完美的结论呢?
  我们只要认真研究一下牛顿第二定律表达式F合=ma不难得出:
  (1)对于加速度a相同的连接体来说F合∝m;
  拿例题1为例,对AB整体F合=(mA mB)a,
  对AFA合=mAa,
  也就是说,合力的分配与质量分配成正比.
  (2)若阻力的分配也与质量分配成正比,像例题1中所给的条件,
  整体阻力(mA mB)gsinθ μ(mA mB)gcosθ,
  A的阻力mAgsinθ μmagcosθ.
  (3)则动力的分配也与质量分配成正比.反之,因为(1)恒成立,若(3)成立,则(2)也成立.
  例题2在力F的作用下A、B两物体一起在光滑的水平面上加速运动,并保持相对静止(图2),求A、B间的静摩擦力的大小.
  整体合力为F,A的合力为f,不难得出f=mAmA mBF
  (不只是弹力,摩擦力也可以分配)
  例题3如图3所示,质量分别为M、m的滑块A、B叠放在固定的、倾角为θ的斜面上,A与斜面间、A与B之间的动摩擦因数分别为μ1,μ2,当A、B从静止开始以相同的加速度下滑时,B受到的摩擦力
  A.等于零B.方向平行于斜面向上
  C.大小为μ1mgcosθD.大小为μ2mgcosθ
  分析动力的分配与质量分配成正比,故阻力的分配也与质量分配成正比
  即f=mM mμ1(M m)gcosθ=μ1mgcosθ,
  故选B、C.
  上述结论的推广:
  例题4质量分别为mA、mB的A、B两物体在推力F的作用下,沿水平面向右匀加速直线运动.若A光滑,B与地面间摩擦因数为μ,求A与B之间的弹力.
  分析用合力的分配与质量分配成正比求解
  整体合力F-μmBg
  B受的合力N-μmBg
  故N-μmBg=mBmA mB(F-μmBg).
  同理:若B光滑,A与地面间摩擦因数为μ,则
  N=mbmA mB(F-μmAg).
  若A、B与地面间摩擦因数分别为μ1、μ2,则
  N-μ2mBg=mBmA mB(F-μ1mag-μ2mBg).
  例题5质量分别为10 kg和20 kg的物体A和B,叠放在水平面上(图5),AB间的最大静摩擦力为10 N,B与水平面间的摩擦系数μ=0.5,以力F作用于B使AB一同加速运动,则力F应满足什么条件?(g=10 m/s2).
  分析要加速先满足F>μ(mA mB)g=150 N;
  其次AB间摩擦力(A的合力)不超过10 N,而A占整体质量1/3,根据合力分配关系,整体合力(摩擦力)不超过30 N,即F≤80 N.所以150 N  例题6如图6,光滑水平桌面上,有质量分别为mA、mB的甲乙两个用细线相连的物体在水平拉力F1和F2的作用下运动,已知F1>F2,求在两个物块运动过程中轻线的拉力F
  分析利用合力分配规律
  对乙F-F2=mBmA mB(F1-F2).
  综上所述:连接体间的合力的分配与质量分配成正比.合力可以只有动力,或只有阻力,也可以动、阻力都有,求解连接体问题时灵活运用,可以降低思维量,简化解题过程.
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