高考物理中,整体法通常适用于研究多个物体系统的运动,可以同时考虑系统内各个物体的相互作用。以下是一些整体法在高考物理中的应用例子:
1. 连接体运动:多个物体一起运动的问题,可以使用整体法忽略内部相互作用,直接分析整体在运动学上的表现,例如牛顿运动定律、动量守恒、能量守恒等。
2. 电磁感应中求加速度:当电磁感应中的物体与另一个匀速运动的参考系下的物体合成时,可以应用整体法求得整体的加速度。
3. 电磁感应问题:当电路中多个物体组成时,可以用整体法同时考虑电流、电阻、电动势等因素对整体的影响。
4. 碰撞问题:两个或多个物体在碰撞前后系统动量、动能达到守恒,这时可以用整体法直接分析系统在碰撞过程中的运动状态。
5. 含电容器在内的电路问题:当含电容器在内的多电阻电路中,各个电阻之间的作用是并联的,也可以使用整体法将含电容器在内的电路作为一个整体来处理。
请注意,在应用整体法时,需要注意各个物体之间的相互作用力,以及整体系统所受到的外力情况。
题目:一质量为 M 的小车放在水平地面上,小车右端安装有一半径为 R 的固定转轴。小车上表面和地面平滑,左端放置一质量为 m 的物块,小车和物块一起以角速度 ω 绕转轴做匀速圆周运动。已知 M > m,且 R > 2(M + m)g/ω²。求:
(1)物块与小车间的摩擦力对系统做功情况;
(2)物块与小车间的动摩擦因数。
解析:
(1)整体法是将整个系统作为研究对象,考虑系统受到的外力和外力做功。在这个问题中,整体受到的合外力为零,因此系统所受的摩擦力对系统不做功。
(2)根据牛顿第二定律,整体受到的向心力由摩擦力提供,因此有:
$f = M\omega²R = m\omega²r$
其中,r 为物块在小车上滑动的半径。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)摩擦力对系统不做功
(2)动摩擦因数为 $\frac{m}{M + m}$
这个例子展示了如何使用整体法解决高考物理问题,通过分析系统的受力情况和做功情况,可以更方便地求解相关问题。