动态平衡:多物体模型

实验目的

学会用整体法和隔离法分析多物体的动态平衡问题。

实验原理

系统处于平衡状态时,整体和每个物体所受合力都为零。整体法把几个物体看作一个系统,只分析外力,不涉及内力;隔离法单独分析某一物体,可求出物体间的弹力、摩擦力或绳的拉力。再结合解析式或图解法判断各力的变化。

实验器材

• 相互连接或叠放的多个物体
• 连接绳或接触面
• 支撑面(地面或斜面)
• 缓慢变化的外力或角度

实验步骤

1. 观察系统由哪几个物体组成,以及它们之间的连接方式。
2. 确定要求的是外力还是内力,选整体法或隔离法。
3. 分别画出各研究对象的受力示意图。
4. 按平衡条件列出各方向合力为零的方程。
5. 缓慢改变外力或角度,判断各力随之如何变化。

实验现象与结论

外界条件缓慢变化时,系统始终保持平衡。整体法可直接得到地面等外界对系统的支持力和摩擦力的变化,隔离法可得到物体之间作用力的变化。结论:两种方法交替使用,可使复杂的受力问题简化。

注意事项

• 受力图中每个力都要能找到施力物体。
• 整体法不要把内力画进受力图。

常见问题

什么时候用整体法,什么时候用隔离法?

只求系统与外界的作用力用整体法;要求物体之间的内力时,必须用隔离法。

为什么整体法中不出现内力?

内力成对出现,大小相等方向相反,在系统内部相互抵消,不影响系统整体的合力。