高中物理连接体问题94172.docx

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高中物理连接体问题94172

专题：

连接体问题

一、考情：

“连接体”问题一直是高中物理学习的一大难题，也是高考考察的重点容。

二、知识对接：

对接点一、牛顿运动定律

牛顿第一定律（惯性定律）：

任何一个物体在不受外力或受平衡力的作用时，总是保持静止状态或匀速直线运动状态。

注意：

各种状态的受力分析是解决连接体问题的前提。

牛顿第二定律：

物体的加速度跟物体所受的合外力成正比，跟物体的质量成反比，加速度的方向跟合外力的方向相同。

注意：

①物体受力及加速度一定要一一对应，即相应的力除以相应的质量得到相应的加速度，切不可冠戴！

②分析运动过程时要区分对地位移和相对位移。

牛顿第三定律：

两个物体之间的作用力和反作用力，在同一直线上，大小相等，方向相反。

注意：

不要忽视牛顿第三定律的应用，尤其是在求“小球对轨道压力”时经常用到牛顿第三定律，且均在评分标准中占1-2分，一定不要忘记。

对接点二、功能关系与能量守恒（什么力做功改变什么能）

1、合力做功量度了物体的动能变化W合=ΔEK

2、重力做功量度了物体的重力势能的变化：

WG=ΔEPG

3、弹簧的弹力做功量度了弹性势能的变化：

W弹=ΔEP弹

4、除重力和弹簧的弹力以外的其他力做功量度了系统的机械能的变化：

W其他=ΔE机

5、系统相互作用的摩擦力做功：

A、系统的一对静摩擦力做功：

一对静摩擦力对系统做功的代数和为零，其作用是在系统各物体间传递机械能。

B、系统的一对滑动摩擦力做功：

其作用是使系统部分机械能转化为系统的能，Q=fs相对。

6、电场力做功量度了电势能的变化：

WE=ΔEPE

7、安培力做功量度了电能的变化：

安培力做正功，电能转化为其他形式能；克服安培力做功，其他形式能转化为电能。

三、规律方法突破

突破点一、整体法与隔离法的运用

①解答问题时，不能把整体法和隔离法对立起来，而应该把这两种方法结合起来，从具体问题的实际出发，灵活选取研究对象，恰当使用隔离法和整体法。

②在选用整体法和隔离法时，要根据所求的力进行选择，若所求为外力，则应用整体法；若所求为力，则用隔离法。

③具体应用时，绝大多数要求两种方法结合使用，应用顺序也较为固定。

求外力时，先隔离后整体，求力时，先整体后隔离。

先整体或先隔离的目的都是求共同的加速度。

突破点二、审题技巧

“连接体”问题往往涉及临界状况的分析。

因此，读题时要特别注意“恰好”“刚刚”等字眼，因为它们往往隐含着一种临界状况的信息。

四、题型梳理

题型一、整体法与隔离法的应用

例题1、如图所示，光滑水平面上放置质量分别为m和2m的四个木块，其中两个质量为m的木块间用一不可伸长的轻绳相连，木块间的最大静摩擦力是μmg。

现用水平拉力F拉其中一个质量为2m的木块，使四个木块以同一加速度运动，则轻绳对m的最大拉力为。

变式1、如图所示的三个物体A、B、C，其质量分别为m1、m2、m3，带有滑轮的物体B放在光滑平面上，滑轮和所有接触面间的摩擦及绳子的质量均不计．为使三物体间无相对运动，则水平推力的大小应为F＝__________

题型二通过摩擦力的连接体问题

例题2、如图所示，在高出水平地面h=1.8m的光滑平台上放置一质量M=2kg、由两种不同材料连成一体的薄板A，其右段长度l2=0.2m且表面光滑，左段表面粗糙。

在A最右端放有可视为质点的物块B，其质量m=1kg，B与A左段间动摩擦因数μ=0.4。

开始时二者均静止，现对A施加F=20N水平向右的恒力，待B脱离A（A尚未露出平台）后，将A取走。

B离开平台后的落地点与平台右边缘的水平距离x=1.2m。

（取g=10m/s2）求：

（1）B离开平台时的速度vB。

（2）B从开始运动到脱离A时，B运动的时间tB和位移xB。

（3）A左段的长度l1。

变式2.如图所示，平板A长L=5m，质量M=5kg，放在水平桌面上，板右端与桌边相齐。

在A上距右端s=3m处放一物体B（大小可忽略，即可看成质点），其质量m=2kg.已知A、B间动摩擦因数μ1=0.1，A与桌面间和B与桌面间的动摩擦因数μ2=0.2，原来系统静止。

现在在板的右端施一大小一定的水平力F持续作用在物体A上直到将A从B下抽出才撤去，且使B最后停于桌的右边缘，

求：

（1）物体B运动的时间是多少？

（2）力F的大小为多少？

变式3如图所示，质量M=1kg的木板静止在粗糙的水平地面上，木板与地面间的动摩擦因数μ1=0.1，在木板的左端放置一个质量m=1kg、大小可以忽略的铁块，铁块与木板间的动2摩擦因数μ2=0.4，取g=10m/s，试求：

（1）若木板长L=1m，在铁块上加一个水平向右的恒力F=8N，经过多长时间铁块运动到木板的右端？

（2）若在木板（足够长）的右端施加一个大小从零开始连续增加的水平向左的力F，通过分析和计算后，请在图中画出铁块受到的摩擦力f随拉力F大小变化的图像．

例题3如图所示，某货场而将质量为m1=100kg的货物（可视为质点）从高处运送至地面，为避免货物与地面发生撞击，现利用固定于地面的光滑四分之一圆轨道，使货物中轨道顶端无初速滑下，轨道半径R=1.8m。

地面上紧靠轨道依次排放两块完全相同的木板A、B，长度均为l=2m，质量均为m2=100kg，木板上表面与轨道末端相切。

货物与木板间的动摩擦因数为μ1，木板与地面间的动摩擦因数μ=0.2。

（最大静摩擦力与滑动摩擦力大小相等，取g=10m/s2）

（1）求货物到达圆轨道末端时对轨道的压力。

（2）若货物滑上木板A时，木板不动，而滑上木板B时，木板B开始滑动，求μ1应满足的条件。

（3）若μ1=0.5，求货物滑到木板A末端时的速度和在木板A上运动的时间。

变式4如图所示，质量为M的木板可沿倾角为θ的光滑斜面下滑，木

板上站着一个质量为m的人，问

（1）为了保持木板与斜面相对静止，计

算人运动的加速度？

（2）为了保持人与斜面相对静止，木板运动的加速

度是多少？

总结：

解答“通过摩擦力的连接体问题”时，需要特别注意两点，一是求取加速度的时候，力与质量务必一一对应；二是搞清楚对地位移和相对位移，套用运动学公式及动能定理时绝大多数用的是对地位移，而应用能量守恒中Q=fs相对时用的是相对位移，做题时一定要“三思而后行”！

题型三通过绳（杆）的连接体问题

特别注意：

把握好两点：

一是绳和杆的受力特点，二是关联速度的应用。

轻绳

（1）轻绳模型的特点：

“绳”在物理学上是个绝对柔软的物体，它只产生拉力（力），绳的拉力沿着绳的方向并指向绳的收缩方向。

它不能产生支持作用。

它的质量可忽略不计，轻绳是软的，不能产生侧向力，只能产生沿着绳子方向的力。

它的劲度系数非常大，以至于认为在受力时形变极微小，看作不可伸长。

（2）轻绳模型的规律：

①轻绳各处受力相等，且拉力方向沿着绳子；②轻绳不能伸长；③用轻绳连接的系统通过轻绳的碰撞、撞击时，系统的机械能有损失；④轻绳的弹力会发生突变。

轻杆（l）轻杆模型的特点：

轻杆的质量可忽略不计，轻杆是硬的，能产生侧向力，它的劲度系数非常大，以至于认为在受力时形变极微小，看作不可伸长或压缩。

（2）轻杆模型的规律：

①轻杆各处受力相等，其力的方向不一定沿着杆的方向；②轻杆不能伸长或压缩；③轻杆受到的弹力的方式有拉力或压力。

例4、如图所示，半径为R的四分之一圆弧形支架竖直放置，圆弧边缘C处有一小定滑轮，绳子不可伸长，不计一切摩擦，开始时，m1、m2两球静止，且m1＞m2，试求：

（1）m1释放后沿圆弧滑至最低点A时的速度。

（2）为使m1能到达A点，m1与m2之间必须满足什么关系？

 （3）若A点离地高度为2R，m1滑到A点时绳子突然断开，则m1落地点离A点的水平距离是多少？

变式5、如图所示，一轻绳绕过无摩擦的两个轻质小定滑轮O1、O2和质量mB=m的小球连接，另一端与套在光滑直杆上质量mA=m的小物块连接，已知直杆两端固定，与两定滑轮在同一竖直平面，与水平面的夹角θ=60°，直杆上C点与两定滑轮均在同一高度，C点到定滑轮O1的距离为L，重力加速度为g，设直杆足够长，小球运动过程中不会与其他物体相碰．现将小物块从C点由静止释放，试求：

（1）小球下降到最低点时，小物块的机械能（取C点所在的水平面为参考平面）；

（2）小物块能下滑的最大距离；

（3）小物块在下滑距离为L时的速度大小．

变式6.如图所示，物块A、B、C的质量分别为M、3m、m，并均可视为质点，它们间有m

三物块用轻绳通过滑轮连接，物块B与C间的距离和C到地面的距离均是L。

若C与地面、B与C相碰后速度立即减为零，B与C相碰后粘合在一起。

（设A距离滑轮足够远且不计一切阻力）。

（1）求物块C刚着地时的速度大小？

（2）若使物块B不与C相碰，则M/m应满足什么条件？

（3）若M=2m时，求物块A由最初位置上升的最大高度？

（4）若在（3）中物块A由最高位置下落，拉紧轻绳后继续下落，求物块A拉紧轻绳后下落的最远距离？

题型四通过弹簧的连接体问题

技法点拨：

（1）轻弹簧模型的特点：

轻弹簧可以被压缩或拉伸，其弹力的大小与弹簧的伸长量或缩短量有关。

（2）轻弹簧的规律：

①轻弹簧各处受力相等，其方向与弹簧形变的方向相反；②弹力的大小为F=kx，其中k为弹簧的劲度系数，x为弹簧的伸长量或缩短量；③弹簧的弹力不会发生突变。

例题6、如图，质量为m1的物体A经一轻质弹簧与下方地面上的质量为m2的物体B相连，弹簧的劲度系数为k，A、B都处于静止状态。

一条不可伸长的轻绳绕过轻滑轮，一端连物体A，另一端连一轻挂钩。

开始时各段绳都处于伸直状态，A上方的一段绳沿竖直方向。

现在挂钩上升一质量为m3的物体C并从静止状态释放，已知它恰好能使B离开地面但不继续上升。

若将C换成另一个质量为（m1＋m3）的物体D，仍从上述初始位置由静止状态释放，则这次B刚离地时D的速度的大小是多少？

已知重力加速度为g。

变式7、如图所示，在竖直方向上A、B两物体通过劲度系数为k的轻质弹簧相连，A放在水平地面上；B、C两物体通过细绳绕过轻质定滑轮相连，C放在固定的光滑斜面上．用手拿住C，使细线刚刚拉直但无拉力作用，并保证ab段的细线竖直、cd段的细线与斜面平行．已知A、B的质量均为m，C的质量为4m，重力加速度为g，细线与滑轮之间的摩擦不计，开始时整个系统处于静止状态．释放C后它沿斜

面下滑，A刚离开地面时，B获得最大速度，求：

（1）从释放C到物体A刚离开地面时，物体C沿斜面下滑的距离。

（2）斜面倾角?

（3）B的最大速度vBm。

变式8、如图所示，挡板P固定在足够高的水平桌面上，小物块A和B大小可忽略，它们分别带有+QA和+QB的电荷量，质量分别为mA和mB。

两物块由绝缘的轻弹簧相连，一不可伸长的轻绳跨过滑轮，一端与B连接，另一端连接一轻质小钩。

整个装置处于场强为E、方向水平向左的匀强电场中。

A、B开始时静止，已知弹簧的劲度系数为k，不计一切摩擦及A、B间的库仑力，A、B所带电荷量保持不变，B不会碰到滑轮。

（1）若在小钩上挂一质量为M的物块C并由静止释放，可使物块A恰好能离开挡板P，求物块C下落的最大距离；

（2）若C的质量改为2M，则当A刚离开挡板P时，B的速度多大？

题型五传送带问题------技法点击：

一、传送带模型中要注意摩擦力的突变：

①滑动摩擦力消失；②滑动摩擦力突变为静摩擦力；③滑动摩擦力改变方向。

二、传送带模型的一般解法：

①确定研究对象；②分析其受力情况和运动情况，（画出受力分析图和运动情景图），注意摩擦力突变对物体运动的影响；③分清楚研究过程，利用牛顿运动定律和运动学规律求解未知量。

三、难点疑点：

传送带与物体运动的牵制。

牛顿第二定律中a是物体对地加速度，运动学公式中S是物体对地的位移，这一点必须明确。

四、分析问题的思路：

初始条件→相对运动→判断滑动摩擦力的大小和方向→分析出物体受的合外力和加速度大小和方向→由物体速度变化再分析相对运动来判断以后的受力及运动状态的改变。

例题7、如图所示，x轴与水平传送带重合，坐标原点O在传送带的左端，传送带长L＝8m，匀速运动的速度v0＝5m／s.一质量m＝1kg的小物块轻轻放在传送带上xp＝2m的P点，小物块随传送带运动到Q点后冲上光滑斜面且刚好到达N点.（小物块到达N点后被收集，不再滑下）若小物

2块经过Q处无机械能损失，小物块与传送带间的动摩擦因数?

＝0.5，重力加速度g＝10m／s2.求：

（l）N点的纵坐标；

（2）小物块在传送带上运动产生的热量；

（3）若将小物块轻轻放在传送带上的某些位置，最终均能沿光滑斜面越过纵坐标yM＝0.5m的M点，求这些位置的横坐标围.

变式9、如图甲所示为传送装置的示意图。

绷紧的传送带长度L=2.0m，以v=3.0m/s的恒定速率运行，传送带的水平部分AB距离水平地面的高度h=0.45m。

现有一行箱（可视为质点）质量m=10kg，以v0＝1.0m/s的水平初速度从A端滑上传送带，被传送到B端时没有被及时取下，行箱从B端水平抛出，行箱与传送带间的动摩擦因数?

＝0.20，不计空气阻力，重力加速度g取l0m/s。

（1）求行箱从传送带上A端运动到B端过程中摩擦力对行箱冲量的大小；

（2）传送带与轮子间无相对滑动，不计轮轴处的摩擦，求为运送该行箱电动机多消耗的电能；

（3）若传送带的速度v可在0～5.0m/s之间调节，行箱仍以v0的水平初速度从A端滑上传送带，且行箱滑到B端均能水平抛出。

请你在图15乙中作出行箱从B端水平抛出到落地点的水平距离x与传送带速度v的关系图像。

（要求写出作图数据的分析过程）

变式10、如图所示，用半径为0.4m的电动滚轮在长薄铁板上表面压轧一道浅槽．薄铁板的长为2.8m、质量为10kg．已知滚轮与铁板、铁板与工作台面间的动摩擦因数分别为0.3和0.1．铁板从一端放人工作台的滚轮下，工作时滚轮对铁板

产生恒定的竖直向下的压力为100N，在滚轮的摩擦

作用下铁板由静止向前运动并被压轧出一浅槽．已2知滚轮转动的角速度恒为5rad/s，g取10m／s．

（1）通过分析计算，说明铁板将如何运动?

（2）加工一块铁板需要多少时间?

（3）加工一块铁板电动机要消耗多少电能?

（不考虑电动机自身的能耗）

连接体问题练习题

1、如图所示，质量分别为m1=2kg，m2=3kg的二个物体置于光滑的水平面上，中间用一轻弹簧秤连接。

水平力F1=30N和F2=20N分别作用在m1和m2上。

以下叙述正确的是

A.弹簧秤的示数是10N。

B.弹簧秤的示数是50N。

C.在同时撤出水平力F1、F2的瞬时，m1加速度的大小13m/s2。

D.若在只撤去水平力F1的瞬间，m1加速度的大小为13m/s。

2、如图所示的装置中，物体A在斜面上保持静止，由此可知

A.物体A所受摩擦力的方向可能沿斜面向上。

B.物体A所受摩擦力的方向可能沿斜面向下。

C.物体A可能不受摩擦力作用。

D.物体A一定受摩擦力作用，但摩擦力的方向无法判定。

3、两个质量相同的物体1和2紧靠在一起放在光滑水

平桌面上，如图所示。

如果它们分别受到水平推力

F1和F2，且F1>F2，则1施于2的作用力的大小为：

A.F1B.F2C.（F1+F2）/2D.（F1-F2）/2

4、两物体A和B，质量分别为m1和m2，互相接触放在光滑水

平面上，如图所示，对物体A施于水平推力F，则物体A对

物体B的作用力等于：

A.m1F/（m1+m2）B.m2F/（m1+m2）

C.FD.m1F/m2

5、如图所示，在倾角为?

的斜面上有A、B两个长方形物块，质量分别为mA、mB，在平行于斜面向上的恒力F的推动下，两物体一起

沿斜面向上做加速运动。

A、B与斜面间的动摩擦因数为?

。

设A、B之间的相互作用为T，则当它们一起向上加速运动过程中：

A.T=mBF/（mA+mB）

B.T=mBF/（mA+mB）+mBg（Sin?

+?

Cos?

）

C.若斜面倾角?

如有增减，T值也随之增减。

D.不论斜面倾角?

如何变化（0≤θ<900），T值都保持不变。

6、如图所示，两个物体中间用一个不计质量的轻杆相连，A、B质量分别为m1和m2，它们与斜面间的动摩擦因数分别为?

1和?

2。

当它们在斜面上加速下滑时，关于杆的受力情况，以下说法中正确的是：

A.若μ1>μ2，则杆一定受到压力。

B.若μ1=μ2，m1

C.若μ1=μ2，m1>m2，则杆受到压力。

D.若μ1=μ2，则杆的两端既不受拉力也不受压力。

7、如图所示，质量为M的斜面体静止在水平地面上，几个质量都是m的不同物块，先后在斜面上以不同的加速度向下滑动。

下列关于水平地面对斜面体底部的支持力N和静摩擦力f的几种说法中正确的是：

A.匀速下滑时，N=（M+m）g,f=0

B.匀加速下滑时，N<（M+m）g,f的方向水平向左

C.匀速下滑时，N>（M+m）g,f的方向水平向右

D.无论怎样下滑，总是N=（M+m）g,f=0

8、如图所示，在光滑的水平地面上，水平外力F拉动小车和木块一起做匀加速直线运动，小车的质量是M，木块的质量是m，加速度为a。

木块与小车间的动摩擦因数为μ，则在这个过程中，木块受到摩擦力的大小是：

A.μmgB.ma

C.mF/（M+m）D.F-Ma

9、如图所示，小车沿水平地面做直线运动，小车光滑底面上有一物块被压缩的弹簧压向左壁，小车向右加速运动。

若小车向右的加速度增大，则车左壁受物块的压力N1和车右壁受弹簧的压力N2的大小变化是：

A.N1不变，N2变大B.N1变大，N2不变

C.N1、N2都变大D.N1变大，N2减少

10、如图所示，两木块的质量分别为m1和m2，两轻质弹簧的劲度系数分别为k1和k2，上面木块压在上面的弹簧上（但不拴接），整个系统处于平衡状态。

现缓慢向上提上面的木块，直到它刚离开上面弹簧。

在这过程中下面木块移动的距离为：

A.m1g/k1B.m2g/k2

C.m1g/k2D.m2g/k2

11、质量为M倾角为?

的楔形木块静置于水平桌面上，与桌面的动摩擦因数为μ。

质量为m的物块置于楔形木块的斜面上，物块与斜面的接触是光滑的。

为了保持物块对斜面静止，可用水平力F推楔形木块，如图所示，此水平力F的大小等于________。

12、如图所示，质量M=10kg的木楔ABC静置于粗糙水平地面上，动摩擦因数?

=0.02。

在木楔的倾角?

=30?

的斜面上，有一质量m=1.0kg的物块由静止开始沿斜面下滑，当滑行路程S=1.4m时，其速度V=1.4m/S。

在这个过程中木楔没有动，则地面对木楔的摩擦力的大小等于________，方向是_____________。

（g取10m/S2）

13、总质量为M的列车以速度V0在平直的轨道上匀速行驶，各车禁止所受阻力都是本车厢重力的K倍，且与车速无关。

某时刻列车最后质量为m的一切车厢脱了钩，而机车的牵引力没有变，则当脱钩的车厢刚停下的瞬时，前面列车的速度为_________。

14、如图所示，在一个水平向左运动的质量为M的车厢，用一个定滑轮通过绳子悬挂两个物体，它们的质量分别为m1和m2，且m2>m1，m2相对于车厢地板静止不动，系m1的绳向左偏离竖直方向θ角，绳子质量和滑轮的摩擦可以不计。

则这时作用在m2上的摩擦力的大小是________，车厢地板对m2的支持力的大小是_________。

15.如图所示，将质量m=10kg的钢球挂在倾角为30?

的倾面上，求：

（1）斜面向左做匀加速运动，加速度至少多大时，钢球对斜面的压力为零？

（2）当斜面以5m/S2的加速度向左运动时，钢球受绳的拉力和斜面的支持力各是多少？

（3）当斜面以20m/S2的加速度向左运动时，钢球受绳的拉力和斜面的支持力各是多少？

（4）当斜面以多大加速度向右运动时，钢球受绳的拉力刚好为零？

16、如图所示，质量为M，倾角为?

的斜面体放在粗糙地面上，质量为m1的物体A与质量为m2的物体B之间有摩擦，物体B与斜面间摩擦不计。

A、B在加速下滑的过程中相对静止，求：

（1）物体B对物体A的摩擦力和支持力各是多少？

（2）地面对斜面体的摩擦力和支持力名是多少？

17.如图所示，在水平桌面上放置质量为4.0kg的木块A，木块A上放置质量为0.50kg的砝码B。

连接木块A的绳通过定滑轮吊一个砝码盘（质量为500g），在盘中放有质量为1.0kg的砝码。

木块A与桌面间的动摩擦因数为0.20，砝码B与木块A相对静止。

不考虑绳和滑轮的质量和摩擦。

使砝码盘从离地面1.0m高处由静止释放。

求：

（1）木块A运动的加速度和绳子的力。

（2）砝码B所受的摩擦力。

（3）当砝码盘着地瞬时，木块A的速度。

（4）若开始运动时，木块A与定滑轮的距离是3.0m。

砝码盘着地后，木块A是否会撞到定滑轮上？

（g取10m/S2）

18.有一个质量M=4.0kg，长L=3.0m的木板，水平外力F=8.0N向右拉木板，木板以V0=2.0m/S的速度在地面上匀速运动。

某时刻将质量m=1.0kg的铜块轻轻地放在长木板的最右端，如图所示。

不计铜块与木板间的摩擦，铜块可视为质点，g取10m/S2，求铜块经过多长时间离开木板？

19.n个质量均为m的木块并列地放在水平桌面上，如图所示，木块与桌面间的动摩擦因数为?

。

当木块受到水平力F的作用向右做匀加速运动时，木块3对木块4的作用力大小是多少？

练习题答案

1.C、D；2.A、B、C；3.C；4.B；5.A、D；

6.A、D；7.A、B、C；8.B、C、D；9.B；10.C、

11.（M+m）g（μ+tgθ）12.0.61N，水平向左

13.MV0/（M-m）14.f=m2gtgθ，N=（m2-m1/Cosθ）g

2015年高考25题：

一长木板置于粗糙水平地面上，木板左端放置一小物块；在木板右方有一墙壁，木板右端与墙壁的距离为4.5m，如图（a）所示。

t = 0时刻开始，小物块与木板一起以共同速度向右运动，直至t = 1 s时木板与墙壁碰撞（碰撞时间极短）。

碰撞前后木板速度大小不变，方向相反；运动过程中小物块始终未离开木板。

已知碰撞后1s时间小物块的υ－t图线如图（b）所示。

木板的质量是小物块质量的l5倍，重力加速度大小g取10 m／s2。

求

（1）木板与地面间的动摩擦因数μ1及小物块与木板间的动摩擦因数μ2； 

（2）木板的最小长度； 

（3）木板右端离墙壁的最终距离。