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第一部分 连接体的属性 一、连接体的性质 1 作用原理是通过连接体连接两个物体，力通过连接体进行传递，由于连接体的灵活性，一方面可以实现任意位置两个物体间的力传递，另一方面可以根据人们的需要进行各种定性定量的控制。 2 连接体既不属于研究对象也不属于辅助对象，是独立的第三类要素。 3 根据作用原理可得出连接体的特有属性。 4 连接体也是物体，它也具有力和运动的通用属性，与特有属性共同构成连接体全部属性。 5 常见的连接体为绳、杆、弹簧，它们的属性各不相同。 二、连接体的属性描述 1 运动属性：连接体会随着连接的物体进行运动，不同连接体运动属性也是不同的。 2 力的属性：通常的力分两种，一种是传递的力，通过约束属性体现，这里指另一种即连接体产生的力，主要有连接体重力、形变产生的弹力、与接触面摩擦力等三个方面。 以上两种属于通用属性。 3 模型属性：指连接体所对应的物理模型。即理想化模型。有质点、刚体、形变体。 4 连接属性：能将复杂环境中的任何两个物体连接起来的属性。不同的连接体有不同的属性。连接属性是前提，因为连接都无法实现，何谈约束。 5 传递属性：通过连接体的作用，在两个连接物体间实现力的定性定量传递。 6 约束属性：具体体现为运动状态的控制，包括对位移、速度、加速度的控制。 以上四种属性属于连接体的特有属性。 第二部分 各连接体的物理特点 一、轻绳 1 质量不计，形变不计，只能承受拉力，不能承受压力，且拉力方向沿绳子背离受力物体。2 内部张力处处相等。 3 任意时刻绳子两端点沿绳子方向的速度大小相等。 4 绳子张力的变化过程的时间不计。 二、轻杆 1 质量不计，形变不计，既能承受拉力也能承受压力。 2 内部弹力处处相等。 3 任意时刻轻杆两端点沿轻杆方向的速度大小相等。 4 轻杆弹力的变化过程的时间不计。 三、轻弹簧 1 质量不计，既能承受拉力也能承受压力。 2 内部弹力处处相等。 3 当弹簧与物体连接时，弹簧的形变和由形变产生的弹力不会发生突变。 四、特点比较分析 1 一般题中把三个模型描述为轻绳、轻杆和轻弹簧，都不计质量。 2 模型一般分布均匀，所以内部弹力均相等。一端的力通过作用力与反作用力以及二力平衡的方式传递到另一个物体，从而实现两物体的运动联系。实际解题中就可以任意一个位置断开。 3 绳和杆都不计形变，因此弹力变化的时间不计，即认为瞬间改变。而轻弹簧考虑形变，弹性恢复需要一定的时间，故不会发生突变，即认为瞬间保持原态。 4 绳和杆都具有“任意时刻模型两端点沿长度方向的速度大小相等”的特性，而具体解题中实际运动方向往往不沿此方向，需求该方向的分量才能相等。 5 绳子只能承受拉力，杆和弹簧既能受拉力也能受压力。 第三部分 各个连接体的表现形态 一、绳 1 运动属性：绳子由于是质点系，对于每个质点而言，可以做运动学中所述的各种运动。连接两物体的点和中间支撑点都是这个质点系上的特殊质点，可直接研究其运动。 2 力属性：由于不计形变，没有形变力；质量不计，因此没有重力；连接点、转弯处接触面假设光滑，因此消除可能存在的摩擦力。综合所述，绳子的力属性就是自身不能产生任何力。它是建立在假设的理想状态下的，解题时看是否有此表述。 3 模型属性：质点系。即一连串质点连接而成。由于绳子均匀，绳子上的任一位置都可以看成质点，并且满足一般质点系的性质，即各质点沿绳的相对位置始终不变。 4 连接属性：几乎可以连接任意位置的两个物体，尤其当需要走弯路时，只能用绳子。但因绳子只受拉力，要想使绳子绷直，两个物体必须是相离的，即连接属性的完整表述是：“绳子可以连接任意两个有相离趋势的物体”。 5 传递属性：沿绳子方向张力处处相等，通过在绳子中部加设支点，使绳子脱离直线而呈一定的角度，角度的大小是控制力传递的调节因素。 6 约束属性：位移约束——一般限制最大位移或零位移；速度约束：任意时刻绳子两端点沿绳子方向的速度大小相等；加速度约束，突然断开连接，相当于得到一个反向加速度。 二、杆 1 运动属性：杆作为一个刚体，有两种运动形式，即平动和转动，也可以是二者叠加。平动时杆各处（尤其是两物体连接点）速度沿移动方向完全相同；转动时，杆各处沿转动方向角速度完全相同。 2 力属性：与绳完全相同。 3 模型属性：刚体，即考虑大小与形状的物体，虽然实际上刚体也是一种质点系，但因为其不可弯曲变形的特点，导致物体可能自转，因此设立独立模型。 4 连接属性：杆可以实现中间没有阻隔的两个物体的连接，相离相近趋势都可以。 5 传递属性：沿杆方向弹力处处相等，通过固定一端或中部使杆转动，同样以角度控制传递。 6 约束属性：位移约束：可限制最大、最小位移及零位移；速度约束：任意时刻杆两端点沿杆方向的速度大小相等；加速度约束，突然断开连接，相当于得到一个反向加速度。 三、弹簧 1 运动属性：是变形体运动与刚体运动的合运动。一般先进行形变，即局部运动，结束后将其作为刚体进行移动或转动。形变部分只涉及力和位移，不考虑速度、加速度；而刚体运动的速度、加速度取决于连接物体。 2 力属性：由于有形变，所以有形变力（形变力特指由于形变产生的力，与弹力不同，没有形变也存在弹力，弹力是被动力，形变力是主动力），形变与力的关系符合胡克定律，有力就具有能量即弹性势能。质量不计，因此没有重力；连接点、转弯处接触面假设光滑，因此消除可能存在的摩擦力。 3 模型属性：刚性形变体，是考虑形变的杆，但一般不转动。是刚体和形变体的结合，刚体属性与杆相同，实现弹簧整体的运动；形变体则指用形变来体现力的作用效果，可视为局部的运动，由于各点速度不同，因此不能适用质点和质点系模型。 4 连接属性：刚体部分与杆相同，即可以实现中间没有阻隔的两个物体的连接，相离相近趋势都可以。相对位置不固定是与杆的根本区别之处，相对位移恰恰是通过形变实现的。为了实现不同的相对位移效果，可以将多个相同或不同形变系数的弹簧进行串联和并联等各种形式连接，以实现复杂的力传递。 5 传递属性：弹簧内部弹力处处相等，并且通过弹簧形变控制力的定性定量传递。 6 约束属性：位移约束：两个物体相对位移通过形变进行约束；速度约束：由于有形变，两端速度不等，故速度无约束；加速度约束：因为断开瞬间弹簧作用不变，不产生反向加速度，所以加速度也无约束。 第四部分 各连接体的具体应用 一、连接的两物体与直接接触一样，必然存在在物理解题步骤中提到的六种关系。即同步关系、相对运动关系、替代关系、基准关系、作用关系、表现关系。前三个是研究对象和研究对象连接，称第一类关系；后3个是研究对象与辅助对象连接，称第二类关系。 二、连接点和支撑点设置 1 两端自由，一般为第一类关系。同步可能性大 2 一端自由、一端固定，为第二类关系，自由端的物体一定是研究对象。 3 中间加固定支撑点，可为一类关系，也可为二类关系。主要看是两端自由还是一端固定。 4 多个连接体串并联，主要指弹簧，弹簧串并联规则与电阻相同。 |
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