《2012届高考【物理】学科热点问题讲座5 临界状态问题的分析.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《2012届高考【物理】学科热点问题讲座5 临界状态问题的分析.ppt（27页珍藏版）》请在三一文库上搜索。
1、临界状态问题的分析,在高中物理中存在着大量而广泛的临界问题.所谓 临界问题是指一种物理过程或物理状态转变为另一种 物理过程或物理状态的时候，存在着分界的现象，即 所谓的临界状态，符合这个临界状态的条件即为临界 条件.满足临界条件的物理量称为临界值，在解答临界 问题时，就是要找出临界状态，分析临界条件,求出 临界值。,解决临界问题，一般有两种基本 方法：,（1）以定理、定律为依据，首先求出所研究问题的一般规律和一般解，然后分析、讨论其特殊规律和特殊解. （2）直接分析、讨论临界状态和相应的临界值，求解出所研究问题的规律和解.,中学物理中常见的临界状态问题的分析有如下几种情况：,【理论阐释】 牛顿
2、运动定律中的临界问题通常出现在： （1）物体在接触面恰好不发生相对滑动； （2）物体恰好脱离某接触面。 前者一般隐含摩擦力为最大静摩擦力，后者隐含某弹力（支持力）为零。解决此类问题的方法是抓住满足临界值的条件，准确分析物理过程，从受力分析入手，列牛顿第二定律方程求解。,一、牛顿运动定律中的临界问题,【典例导悟】【例1】如图所示，把长方体切成质量分别为m和M的两部分，切面与底面的夹角为，长方体置于光滑的水平面上，设切面光滑，则至少用多大的水平推力推m，m才相对于M 滑动？,【解析】本题的临界条件是：m开始相对于M滑动，则 m对地面的压力为零。以M为研究对象，作出它的受力 分析图（如右图）， 因m
3、对地面压力为零， 故FN1=(M+m)g 正交分解得：FN2sin=Ma FN1FN2cosMg=0 解得 a=mgtan/M 所以F=(M+m)a=(M+m)mgtan/M,【例2】一个质量为0.2kg的小球用细绳吊在倾角= 53的斜面顶端，如图所示，斜面静止时，球紧靠在斜 面上，绳与斜面平行，不计摩擦，当斜面以10m/s2的加 速度向右运动时，求绳子的拉力及斜面对小球的弹力。,【解析】设当小球刚要离开斜面时，加速度为a0, 此时小球的受力如图（1）所示 F合=mgcot=ma0 , a0 =gcot=7.5m/s2 a = 10m/s2a0,【理论阐释】 圆周运动主要涉及水平面内的圆周运动
4、和竖直平面 内的圆周运动两大类。无论是水平面内还是竖直平面 内的圆周运动都有临界问题，对这类问题的求解一般 是通过分析找出极端状态即临界条件，再列方程求 解。,二、圆周运动中的临界问题,【典例导悟】【例1】长为l的轻绳一端系一质量为m的 小球，一端固定于O点，在O点的正下方距O点h处有一 枚钉子P，现将绳拉至水平位置，将小球由静止释放， 欲使小球到达最低点后可以以P为圆心做完整的圆周运 动，试确定h应满足的条件.,【解析】小球在运动过程中受重力及绳的拉力作用， 由于绳的拉力时刻与球的速度垂直，故绳的拉力不对 小球做功，即小球运动过程中只有重力做功，机械能 守恒，因此h 越小，C的位置越高，小球
5、在以P 为圆心 做圆周运动时经过P点正上方的速度v越小，由于v存在 极小值，故h存在极小值，这个极小值为临界值.,设小球经P正上方位置时，速度为v，小球受重力和绳 的拉力，应用牛顿第二定律有：,【例2】如图所示，在光滑的圆锥顶用长为L的细线悬挂 一质量为m的小球，圆锥体固定在水平面上不动，其轴 线沿竖直方向，母线与轴线之间的夹角为30，物体以 速率v绕锥体轴线做水平匀速圆周运动。 （1） 当v1= 时，求绳对物体的拉力。 （2） 当v2= 时，求绳对物体的拉力。,【解析】物体在锥面上运动，但支持力F2=0,物体只 受重力mg和绳的拉力F1作用，合力沿水平面指向轴线， 根据牛顿第二定律有： mg
6、tan=mv02/r=mv02 /(Lsin) 解得：0,(1)因为v1v0,所以物体与锥面接触并产生弹力F2, 此时物体受力如图所示，根据牛顿第二定律有： F1sin F2cos=mv12/(Lsin) F1cos +F2sin-mg=0 解得：F1=1.03mg,(2)因为v2v0,所以物体与锥面脱离接触，设绳与竖 直方向的夹角为，此时物体受力如图所示，根据 牛顿第二定律有： F1sin=mv02 /(Lsin) F1cos-mg=0 解得：F1=2mg,【理论阐释】 带电体在电场中运动以及带电体在磁场中运动或 者通电导体在磁场中运动，当处于平衡状态时涉及有 临界问题，解决这类问题一般通过
7、对带电体或者通电 导体的受力情况和运动情况的分析，得出满足题目要 求的临界条件，然后求出符合临界条件的临界值.,三、电场、磁场中的平衡问题,【典例导悟】 【例1】如图所示.相距d=10cm.水平放 置的平行金属板a、b，其电容量C=2F.开始时两板不 带电，a板接地且中央有一小孔，现将带电量q=2 106C、质量m=2103kg的带电油滴一滴一滴地由小 孔正上方h =10cm处无初速地滴下，竖直落向b 板.把 电量全部传给b 板.求： (1)第几滴油滴在板间做匀速直 线运动； (2)能够到达b 板的油滴数量最 多为多少?,【解析】（1)当油滴把电量全部传给b板后，由于静 电感应，a板将出现等量
8、异种电荷，使得ab间有匀强 电场出现.带电油滴在板间运动时将受重力及电场力 作用.最初a、b板上电量较少，板间场强较小，油滴 受到的重力大于电场力，油滴加速落到b板上，随着 落到b板上的油滴不断增加，a、b板上电量越来越多， 板间场强越来越大，电场力逐渐增大，当电场力与油 滴重力相等时，油滴在板间匀速下落，这就是本问题 的临界条件.,设有n滴油滴已落到b板上，此时a、b板上的电量 Q=nq，第n+1滴油滴在板间匀速运动.则有 qE =mg 而E = 由解得n = 10=1000(滴) 即第1001滴在板间做匀速直线运动.,(2)随着油滴不断落在b板上，板间场强不断增大，油滴在 板间做匀减速运动
9、.当某油滴到达b板时若速度刚好减为 零，则其后的油滴将无法到达b板. 设已有K滴油滴到达b板，第K+1滴油滴到达b板时速度刚好 为零，根据动能定理有： mg(h+d)q =0 得K= 代入数据得K=2000.即最多有2001滴油滴落到b板上.,【例2】如图所示.两根足够长的固定平行金属导轨间距 为L.导轨平面与水平面夹角为，处于磁感应强度为B 的匀强磁场中，且B与导轨平面垂直，在AC端有一个阻 值为R的电阻.一根垂直于导轨放置的金属棒ab，质量为 m，从静止开始沿导轨下滑，且与导轨的动摩擦因数为 ，不计其余电阻.求ab在导轨上下滑的最大速率.,【解析】ab在下滑过程中受重力mg、与支持力N、摩擦 力f及安培力F作用，其受力如图所示，最初ab棒下滑的 速度较小，安培力F较小，ab棒沿导轨向下做加速运 动，随着ab棒的速度越来越大，安培力越来越大.ab棒 下滑的加速度越来越小，当加速度为零时速度达到最 大，因此满足最大速度的临界条件是加速度为零,即棒 受的合外力为零，由平衡条件有,