2019年01月（总第326期）
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Liberal
Arts
Guidance
No.01,2019SerialNo.326
姻理科讲堂/物理
对高中物理常见力学临界问题的分析
谢文杰
（长沙市南雅中学，湖南长沙410129）
【摘要】力学问题是高中物理中的重点也是难点，在考试中也有很大的分数占比，其中临界问题也是力学里最常见的考
点，善于发现题目中的隐含条件，找到受力物体所处状态的临界点，并对其进行综合分析，往往就能找到解决问题的关键。学生要学会总结临界问题的共性，从一个问题的解决扩展到一类问题的解决。本文将举一些常见的力学临界问题解析，以期对高中生解决力学临界问题有所助益。
【关键词】高中物理；临界问题；动力学一尧临界状态
若要解决力学中的临界问题袁首先要知道物体所受力的临界状态袁那么袁如何得知物体是否处于这一状态中呢钥所谓临界状态袁是指当物体的运动从一种状态转变为另一种状态时的那一个转折点袁物体在这个转折点所处的状态就称为临界状态袁在这个状态下物体需满足的条件称之为临界条件遥
二尧确定临界点
在临界力学问题中袁有时会有很明确的标志性词语表示临界条件是什么袁而有些则比较隐晦袁学生需慢慢地尧一步步地仔细分析题目袁挖掘出隐藏其中的临界条件遥
渊一冤临界条件的标志
在许多题目中会出现一些例如院野正好冶野恰好冶野刚要冶的字眼袁这便说明在这个受力过程中存在临界问题遥问题里出现野最大冶野最小冶野至多冶野至少冶等需找极值的地方也是临界点所在遥比较难察觉的袁如院在野取值范围冶野多长时间冶野多大距离冶这样的短语中袁其实也有大家要找的临界点要要要物体受力运动过程的起止点遥
渊二冤临界问题产生的条件
两物体相对滑动的临界状态是它们相互接触且相对静止时袁存在着的静摩擦力达到了最大值袁与最大静摩擦力相关联的物理量是物体所受的正压力袁即fmax=滋0N(滋0是静摩擦力系数袁与物体的材料尧表面粗糙度等因素有关)遥
两个物体接触与脱离的临界条件是物体刚好相接触或刚好脱离袁此时有物体所受的压力或支持力等于零袁即F弹=0遥当物体受力F逸0袁两物体相互挤压曰当物体受力F臆0袁则两物体相互分离遥绳子的断裂与松弛问题与之类似袁物体被绳子系着袁绳上所承的张力是有限的袁当它达到临界状态袁张力也就到了最大限度渊此时F子=0)袁绳子就处于断开的边缘遥
当物体所受的合外力变得不一样袁其运动情况也会改变袁表现在速度与加速度的增大与减小袁临界条件依据牛顿第二定律F合=ma遥对处于匀速运动状态中的物体袁临界条件为F合=ma=0遥
维持空间中两个物体的相对位置不变袁如院围绕太阳转动的各行星袁它们始终在自己的轨道上按部就班地运行袁这也是需要在外力的维持下进行的袁这个力就是万有引力袁它的大小与行星在现处轨道上做圆周运动所受的向心力是等同的袁静电场中的库仑力问题也是这一类型遥
三尧力学中常见临界问题的分析案例
解决临界力学问题的关键是能构建相关的物理情景袁
帮学生理清题中的物理过程袁关注那个突变的物理量袁找到临界状态和正确的解题思路遥
渊一冤求解运动斜面上的小球受力的问题
例1院如图1袁光滑的斜面渊倾角兹冤顶端系着一质量为0.2kg的小球并保持静止袁当斜面处于静止状态袁小球紧贴斜面袁且绳与斜面是平行的袁让斜面向右作匀加速直线运动袁加速度为10m/s时袁此时绳子拉小球的力和球所受支持力为多大钥渊兹=53袁g=10m/s冤
遥
2
2
图1
解析院因为小球可能会离开斜面袁采用极限法分析物体在两个极端加速度下的情况遥当a趋向于0时袁重力尧绳的拉力尧斜面的支持力共同作用于小球袁让绳平行于斜面曰当a慢慢增大到一定程度袁小球会与斜面分离袁小球将离开斜面时的临界加速度为a0袁此时小球受到的支持力为零袁对加gcot兹=7.5m/s袁a>a0袁那么证实斜面运动过程中小球会
222
速向右运动的斜面袁有关系式mgcot兹=ma0袁所以a0=
离开袁如图2遥计算得小球受拉力为F=姨(mg)+(ma)=2.83N袁受支持力为FN=0遥
图2
渊二冤假设法分析简谐运动中的临界问题
例2院如图3袁用弹力系数为k的轻弹簧把两物块A渊M1
=2kg冤尧B渊M2=3kg冤相连后放置在水平面上袁先用力F向下压物块A并使之处于静止状态袁突然撤去外力后袁要使物块B能离开平面袁则F至少为多大钥
解析院假设B是不动的袁没有F作用后袁A在竖直平面
渊下转第58页冤
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理实验教学袁以此进一步激发高中生的学习兴趣袁促使高中生自主参与到物理实验教学中袁从而提高物理实验教学的效果遥例如院高中物理教师在讲解叶研究闭合电路欧姆定律曳一实验时袁高中物理教师可以利用信息技术播放实验操作的基本流程袁需要用到的实验器材尧工具等袁促使高中生初步了解该物理实验袁避免高中生在进行亲自动手实验时袁无从下手尧不知所措的局面遥这样不仅在物理实验教学中充分体现了高中生的主体位置袁同时袁还充分发挥了高中物理教师的指导作用袁这样更加有利于物理高效课堂的构建遥另外袁针对高中物理教学中一些在教学课堂中难以实现的实验袁高中物理教师同样可以利用信息技术为高中生展示模拟实验过程袁对实验中的一些重要细节还可以进行放大处理袁有利于高中生进行详细的观察遥
渊三冤运用信息技术制作物理教学微课
随着信息化与高中物理教学的融合与发展袁微课应运而生遥作为高中物理教师袁应该注重提高自身的信息技术能力和信息素养袁以此更好地运用微课开展物理教学遥微课的出现袁给高中物理教学以及高中生的学习带来了极大便利袁突破了传统高中物理教学受教学课堂与时间的局限袁高中生可以随时随地通过微课进行学习遥高中物理教师可以将物理教学中的重点尧难点制作成微课袁并提供给高中生遥高中物理教师在开展教学时袁可以根据高中生通过微课学习的反馈信息进行具有针对性的教学袁这样更加有利于提高物理教学的效果遥另外袁高中生在运用微课学习的过程中袁
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能根据自身的实际学习情况袁随时暂停尧重复播放微课袁有利于高中生的深入学习遥
结束语
综上所述袁信息化与高中物理教学的融合与发展具有非常重要的优势袁作为高中物理教师袁应该注重不断提高自身的信息技术水平和信息素养袁以此更好地运用信息技术开展物理教学遥高中物理教师可以利用信息技术为高中生创设教学情景尧开展物理实验教学尧制作微课等袁以此丰富物理教学的手段和内容袁切实激发高中生的学习热情和兴趣袁充分调动高中生学习物理知识的积极性袁促使高中生自觉尧主动地参与到物理教学活动中袁从而实现物理高效课堂的构建遥
揖参考文献铱
[1]毛丽娜.信息化与高中物理教学的融合与发展[J].课程教育研究袁2017(01)院159
[2]陈森林.新课程背景下野仿真物理实验室冶对物理教与学的促进作用[J].中学物理袁2015(01)院44-45
[3]黄大新.信息技术在物理教学中有效整合的实践和思考[J].中学理科园地袁2017(04)院12-13
[4]肖政强.基于教育信息化技术的高中物理教学实践探究[J].文存阅刊袁2018(04)院132
[5]李杰.浅议信息技术与高中物理教学的整合[J].新课程导学袁2017(10)院28
M1g
袁B刚要离开平面为kMg
一个临界状态袁把弹簧拉长了x=2,所以A物体的振幅
k(M+M)g
为院A=x0+x=12,压力F至少为院F=kA=(M1+M2)
kg=50N遥
渊三冤解析两物体相对位置问题
例3院两个半径都为r的小球A渊质量m)和B(质量2m)运动在光滑的水平轨道上袁当两球心间距离>l(l远比2r大)时袁它们之间无力相互作用曰而当两球心间的距离臆l时袁恒斥力F在两球间作用袁于是A球会以速度v0沿着两内将做简谐运动袁平衡位置为x0=
球连心线向静止的B运动袁v0满足什么条件时两球才不发生碰触钥
渊上接第56页冤
受到恒力渊与v0同方向冤作用袁开始匀加速运动袁初速为零遥
A尧B间距离逐渐缩短袁当两球速度相等且它们间的距离最小渊此距必须比2r大冤时袁两球就不会发生触碰遥即vA=vB袁l+S2原S1跃2r袁S1尧S2为达到要求的过程中A尧B两球通过的
图3
解析院开始时袁A沿直线匀速运动袁靠近B球至距离为l时袁将受到恒力渊与v0反向冤作用从而匀减速遥此时B球会
路程遥由牛顿第二定律知袁在该过程中A尧B两球的加速度大小为aA=F袁aB=F遥aA袁aB代入运动学公式袁可得院
m2mvA=v0原F窑t袁vB=F窑t袁
m2m22
S1=v0窑t原1F窑t袁S2=1F窑t袁
22m2m上述式子联立解得v0约3F(l-2r)遥
m总结
临界问题的解题关键是找到临界条件袁仔细审题袁联系实际物理情景袁充分挖掘出题目中的隐含条件袁再利用物理学的规律就可以轻松解决物理学中的临界问题遥总之袁动力学中的临界问题通常是动态的袁把握动态变化的每一个细节袁有利于学生思维的拓展及快速解题遥
揖参考文献铱
[1]彭孝勇.高中物理常见的临界问题归类分析[J].物理教学探讨袁2012.30(10):37-39+41
[2]张俊凯.浅谈高中物理力学中几种常见的临界问题[J].教师袁2016(18):104
[3]邵崇富.浅析力学基本临界问题[J].中学物理袁2013.31(15):57-58
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