典型物理模型及方法

●典型物理模型及方法

◆1.连接体模型：是指运动中几个物体或叠放在一起、或并排挤放在一起、或用细绳、细杆联系在一起的物体组。解决这类

问题的基本方法是整体法和隔离法。

整体法是指连接体内的物体间无相对运动时,可以把物体组作为整体，对整体用牛二定律列方程

隔离法是指在需要求连接体内各部分间的相互作用(如求相互间的压力或相互间的摩擦力等)时，把某物体从连接体中隔离出来进行分析的方法。

F=21221m m (m m g)(m m ++F=12212

m (m )m (m m m g ++F=A B m (m )m m m g ++F 1>F 2 m 1>m 2 N 1

N 5对6=F M

m (m 为第6个以后的质量) 第12对13的作用力 N 12对13=F nm

12)m -(n

◆2.水流星模型(竖直平面内的圆周运动——是典型的变速圆周运动)

(圆周运动实例) ①火车转弯 ②汽车过拱桥、凹桥 3

③飞机做俯冲运动时，飞行员对座位的压力。

④物体在水平面内的圆周运动（汽车在水平公路转弯，水平转盘上的物体，绳拴着的物体在光滑水平面上绕绳的一端旋转）和物体在竖直平面内的圆周运动（翻滚过山车、水流星、杂技节目中的飞车走壁等）。

⑤万有引力——卫星的运动、库仑力——电子绕核旋转、洛仑兹力——带电粒子在匀强磁场中的偏转、重力与弹力的合力——锥摆、（关健要搞清楚向心力怎样提供的）

（1）火车转弯：设火车弯道处内外轨高度差为h ，内外轨间距L ，转弯半径R 。由于外轨略高于内轨，使得

火车所受重力和支持力的合力F 合提供向心力。

为转弯时规定速度）（得由合002

0sin tan v L

Rgh v R v m L h

mg mg mg F ===≈=θθR g v ⨯=θtan 0

(是内外轨对火车都无摩擦力的临界条件)

①当火车行驶速率V 等于V 0时，F 合=F 向，内外轨道对轮缘都没有侧压力 ②当火车行驶V 大于V 0时，F 合

2m

v

③当火车行驶速率V 小于V 0时，F 合>F 向，内轨道对轮缘有侧压力，F 合-N'=R

2m

v

即当火车转弯时行驶速率不等于V 0时，其向心力的变化可由内外轨道对轮缘侧压力自行调节，但调节程度不宜过大，以免损坏R

2

．解决匀速圆周运动问题的一般方法

（1）明确研究对象，必要时将它从转动系统中隔离出来。

（2）找出物体圆周运动的轨道平面，从中找出圆心和半径。

（3）分析物体受力情况，千万别臆想出一个向心力来。

（4）建立直角坐标系（以指向圆心方向为x轴正方向）将力正交分解。

（5）

⎪

⎩

⎪

⎨

⎧

=

∑

=

=

=

∑

2

2

2

2

y

x

F

R

T

m

R

m

R

v

m

F）

（

建立方程组

π

ω

3．离心运动

在向心力公式F n=mv2/R中，F n是物体所受合外力所能提供的向心力，mv2/R是物体作圆周运动所需要的向心力。当提供的向心力等于所需要的向心力时，物体将作圆周运动；若提供的向心力消失或小于所需要的向心力时，物体将做逐渐远离圆心的运动，即离心运动。其中提供的向心力消失时，物体将沿切线飞去，离圆心越来越远；提供的向心力小于所需要的向心力时，物体不会沿切线飞去，但沿切线和圆周之间的某条曲线运动，逐渐远离圆心。

◆3斜面模型（搞清物体对斜面压力为零的临界条件）

斜面固定：物体在斜面上情况由倾角和摩擦因素决定

μ=tgθ物体沿斜面匀速下滑或静止μ> tgθ物体静止于斜面

μ< tgθ物体沿斜面加速下滑a=g(sinθ一μcosθ)

◆4．轻绳、杆模型

绳只能受拉力，杆能沿杆方向的拉、压、横向及任意方向的力。

如图：杆对球的作用力由运动情况决定只有θ=arctg(g a)时才沿杆方向

最高点时杆对球的作用力；最低点时的速度?，杆的拉力? 若小球带电呢？

(未完待续)

假设单B 下摆,最低点的速度V B =

R 2g ⇐mgR=2

2

1B

mv 整体下摆2mgR=mg

2R +'2

B '2A mv 21mv 2

1+

'A 'B V 2V = ⇒ '

A V =

gR 53 ； 'A 'B V 2V ==gR 25

6> V B =R 2g 所以AB 杆对B 做正功，AB 杆对A 做负功

◆ ．通过轻绳连接的物体

①在沿绳连接方向(可直可曲)，具有共同的v 和a 。

特别注意：两物体不在沿绳连接方向运动时，先应把两物体的v 和a 在沿绳方向分解，求出两物体的v 和a 的关系式， ②被拉直瞬间，沿绳方向的速度突然消失，此瞬间过程存在能量的损失。 讨论：若作圆周运动最高点速度 V 0<

gR ，运动情况为先平抛，绳拉直时沿绳方向的速度消失

即是有能量损失，绳拉紧后沿圆周下落机械能守恒。而不能够整个过程用机械能守恒。 求水平初速及最低点时绳的拉力？

换为绳时:先自由落体,在绳瞬间拉紧(沿绳方向的速度消失)有能量损失(即v 1突然消失),再v 2下摆机械能守恒

例：摆球的质量为m ，从偏离水平方向30°的位置由静释放，设绳子为理想轻绳，求：小球运动到最低

点A 时绳子受到的拉力是多少？

◆5．超重失重模型 系统的重心在竖直方向上有向上或向下的加速度(或此方向的分量a y )

向上超重(加速向上或减速向下)F=m(g+a)；向下失重(加速向下或减速上升)F=m(g-a)

难点：一个物体的运动导致系统重心的运动

1到2到3过程中 (1、3除外)超重状态

绳剪断后台称示数

铁木球的运动

系统重心向下加速 用同体积的水去补充 斜面对地面的压力? 地面对斜面摩擦力? 导致系统重心如何运动？

◆6.碰撞模型

：

两个相当重要典型的物理模型，后面的动量守恒中专题讲解

图9