高中物理教師ll三步教你解決牛頓第二定律:臨界問題,百分百好用

牛頓第二定律應用中的臨界問題是高中物理的一個重點也是難點,解決這類問題要求學生對物理情景的理解必須十分清晰,而且對物理過程的分析也要十分透徹。而我們學生在求解臨界問題時就普遍存在著以下三個問題:

一、未能仔細對物體受力情況、狀態和運動過程進行分析,不能正確建立物體運動的情景,也就不能發現一些隱蔽的臨界現象及臨界條件,從而造成思路不清晰,過程混淆的錯誤。

二、對每種性質運動的受力特點(即運動和力的關係)未能熟練掌握,解題時亂套公式。

三、思維狹窄,未能預見可能出現的多種情況。

第一步:知道什麼是臨界問題。

若題目中出現“最大”“最小”“剛好”等詞語,常為臨界問題,但在臨界問題中很少直接出現這些詞語。在動力學中常見的臨界問題主要是由於彈力、摩擦力是被動力而引起的,所以凡是彈力、摩擦力發生突變的問題都可以認為是臨界問題。

在臨界問題中臨界狀態一般比較隱蔽,它在一定條件下才會出現。在找臨界狀態和臨界值時,一般用極限分析法:

即通過恰當地選取某個物理量推向極端(“極大”和“極小”,“極左”和“極右”等),分析在極端情況下可能出現的狀態和滿足的條件,應用物理規律列出在極端情況下的方程,從而找出臨界條件。(極端分析往往包含有假設)

第二步:熟悉動力學中的典型臨界條件。

①接觸與脫離的臨界條件:兩物體相接觸或脫離的臨界條件是彈力FN=0.

②相對靜止或相對滑動的臨界條件:兩物體相接觸且處於相對靜止時,常存在著靜摩擦力,則相對靜止或相對滑動的臨界條件:靜摩擦力達到最大值或為零.(注意:存在靜摩擦的連接系統,當系統外力大於最大靜摩擦力時,物體間不一定有相對滑動)

③繩子斷裂與鬆弛的臨界條件:繩子所能承受的張力是有限的,繩子斷與不斷的臨界條件是絕對張力等於它所能承受的最大張力,繩子鬆弛的臨界條件是FT=0.

④加速度最大與速度最大的臨界條件:當物體在受到變化的外力作用下運動時,其加速度和速度都會不斷變化,當所受合外力最大時,具有最大加速度;合外力最小時,具有最小加速度。當出現加速度為零時,物體處於臨界狀態,所對應的速度便會出現最大值或最小值。

第三步:動力學中的典型臨界問題:

一、彈力發生突變時的臨界問題

彈力發生在兩物體的接觸面之間,是一種被動力,其存在以及大小和方向取決於物體所處的運動狀態(當運動狀態達到臨界狀態時,彈力會發生突變)。

1.相互接觸的物體間的彈力臨界問題:解決這一類問題的關鍵在於考慮物體什麼時候移動,即將移動瞬間就是臨界狀態。

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2.輕繩的彈力臨界問題:解決這一類問題的關鍵在於考慮物體什麼時候“飄”起來。

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二、摩擦力發生突變的臨界問題

摩擦力的的突變,常常導致物體的受力情況和運動性質的突變,其突變點往往具有很深的隱蔽性,解決此類問題的關鍵在於分析突變情況,找出摩擦力突變的點。

1.靜摩擦力發生突變

靜摩擦力也是被動力,其存在與大小、方向取決於物體間的相對運動趨勢,而且靜摩擦力存在最大值。(靜摩擦力為零的狀態,是方向變化的臨界狀態;靜摩擦力達到最大值,是物體恰好保持相對靜止的臨界狀態)

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2.滑動摩擦力發生突變

滑動摩擦力存在於發生相對運動的物體之間,因此兩物體的速度達到相同時,滑動摩擦力要發生突變:摩擦力為0或為靜摩擦力。

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三、追擊和相遇的臨界問題

在追擊問題中,速度相等是兩物體間距離最大或最小的臨界條件;在分離問題中,加速度相同是相互接觸的物體分離的臨界條件。

1.追擊中的最大或最小距離:速度相同

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2.相互接觸的物體分離:加速度相同

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