例析牛頓第二定律應(yīng)用之臨界問題的解題思想和方法-論文.pdf

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1、Vo1．35NO．9物理教師第35卷第9期(2O14)PHYSICSTEACHER2014正·復(fù)習(xí)與考試·例析牛頓第二定律應(yīng)用之臨界問題的解題思想和方法劉玲(復(fù)旦大學(xué)附屬中學(xué)，上海200433)摘要：臨界問題是牛頓第二定律的典型應(yīng)用之一．在物理課堂教學(xué)中，首先應(yīng)該使學(xué)生學(xué)會(huì)解決臨界問題的基本方法，然后還要使學(xué)生體會(huì)與其他問題的結(jié)合(如連接體問題)．在這樣的過程中使學(xué)生逐漸深入理解問題的本質(zhì)，讓學(xué)生學(xué)會(huì)融會(huì)貫通、比較鑒別和綜合歸納，這對(duì)提高學(xué)生的學(xué)習(xí)積極性、提高解題能力和培養(yǎng)創(chuàng)新思維是大有裨益的．關(guān)鍵詞：牛頓第二定律；臨界問題；連接體問題I立足基礎(chǔ)——掌握臨界問題的思路和方法在A上加一

2、水平力，要使A、B之間不發(fā)生相對(duì)運(yùn)動(dòng)，水平我們先來看一下2012年上海高考第30題。通過這道力不能大于多少?題目來討論解決臨界問題的基本思想和方法．解析：用水平力拉B時(shí)，A是依靠B給它的靜摩擦力例1．(2012年上海卷)如圖產(chǎn)生加速度的，所謂恰好能一起以加速度“做勻加速運(yùn)1．將質(zhì)量，"一0．1kg的圓環(huán)套動(dòng)，也就是說如果水平力再大的話，A、B之間就要發(fā)生相在固定的水平直桿上．環(huán)的直徑對(duì)運(yùn)動(dòng)了，所以臨界條件是此時(shí)A、B之間的摩擦力達(dá)到略大于桿的截面直徑．環(huán)與桿間圖1最大值．對(duì)A物體應(yīng)用牛頓第二定律，可以得到A、B之問動(dòng)摩擦因數(shù)一0．8．對(duì)環(huán)施加一的最大靜摩擦力為_，．—mn“．位于怪直

3、平面內(nèi)斜向上，與桿夾角一53。的拉力F，使圓當(dāng)一水平力加在A專物體上時(shí)。B是依靠半A給它的靜摩環(huán)以a一4．4m／s：的加速度沿桿運(yùn)動(dòng)，求F的大?。亮Ξa(chǎn)生加速度的，所以臨界條件是此時(shí)A、B之間的摩解析：對(duì)環(huán)進(jìn)行受力分析．臨擦力達(dá)到最大值．設(shè)此時(shí)的加速度為a：，對(duì)B物體應(yīng)用牛條什為樸對(duì)環(huán)的彈力為0．此時(shí)頓第二定律，有fo一mn“．所以得到毗=“-．對(duì)A、B整受力分析如圖2所示．此時(shí)，滿足，，1f；體應(yīng)用牛頓第二定律，有FsinO一一0·得F一N一F一(，”+，)“?(Ⅲ^+，)“I．．、，“f’1．2．(1){Ft<1．25N．時(shí)．』1：從對(duì)上述I^可道題H的分析我仃J發(fā)現(xiàn)。在動(dòng)力學(xué)l

4、1．接觸【．j脫離的l臨界條件是彈力等于0，相對(duì)靜止的臨界條件是靜摩擦樸的l_}I5接觸。受力分析如圖3力達(dá)到最大值，解決臨界問題要牢牢抓住這個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)．所示．根據(jù)牛頓第二定律，2綜合應(yīng)用——與連接體問題的結(jié)合Fcos一FN一，n，(1)圖3在動(dòng)力學(xué)中臨界問題經(jīng)常和比較復(fù)雜的連接體問題Fsin0+F—mg．(2)聯(lián)立(1)、(2)，有一起出現(xiàn)，除了要掌握臨界問題的關(guān)鍵點(diǎn)，還要注意連接體問題中整體法和隔離法的使用．F一cos0+psin0=0．6告+0三．8×0．<．8N一：1?N．‘(1)連接體的系統(tǒng)中有兩個(gè)物體．(2)當(dāng)F>1．25N，時(shí)，環(huán)與例3．兩個(gè)質(zhì)量都為的滑塊桿的上部接觸，受

5、力分析如圖4A和B，緊挨著并排放在水平桌面所示．根據(jù)牛頓第二定律，上，A、B間的接觸面垂直于圖6中Fcos0-I~FN一，，l“·(3)紙面與水平面成0角，所有接觸面Fsin一FN=Ⅲg．(4)圖4都光滑無摩擦．現(xiàn)用一個(gè)水平推力圖6所以有F作用于滑塊A上，使A、B一起向右做加速運(yùn)動(dòng)，如果要使A、B間不發(fā)生相對(duì)滑動(dòng)，水平推力的大小在什么范圍內(nèi)?F一COS0-gsinO一060808N一9N一×．一?．．解析：首先應(yīng)用整體法，把A、B看做一個(gè)整體，在水平例2．質(zhì)量分別為和的推力F作用下，A、B共同加速運(yùn)動(dòng)，則兩個(gè)物體A、B疊放在光滑水平桌F一2ma．(1)面上，如圖5所示當(dāng)用某一水平力然

6、后利用隔離法，分別隔離A。B，受力分析如圖7所拉B時(shí)，A、B兩物體恰好能一起以示，F(xiàn)m、F為A、B間相互作用的彈力，與斜面垂直．FN^、加速度“做勻加速運(yùn)動(dòng)，那么如果圖F分別為地面A、B作用的彈力，與地面垂直．5第35卷第9期物理教師Vo1．35NO．92O14年P(guān)HYSICSTEACHER(20l4)以整體為研究對(duì)象，整體在水平方向的合外力為F，當(dāng)加速度為“。時(shí)，F(xiàn)達(dá)到最大值．根據(jù)牛頓第二定律，有F一(m+7+2m+2m)“。一6rnX~g一3[zmg．42例5．光滑的圓球恰好放在木塊的圓弧槽內(nèi)，它們的左圖7邊接觸點(diǎn)為A，槽半徑為R，對(duì)A列方程且OA與水平面成a角．球的F—Fsin

7、一Ⅲn．(2)質(zhì)量為ITl，木塊的質(zhì)量為M，F(xiàn)M+FmCOS0~mg．(3)木塊所處的平面是水平的，各對(duì)B列方程種摩擦及繩、滑輪的質(zhì)量都不F”jsin0=m“．(4)計(jì)，如圖9所示．求釋放懸掛FNI3=F∞cos0+mg．(5)物P后，要使球和木塊保持相接下來分析物體的臨界狀態(tài)．注意，這道題目的臨界值是多少?條件比較隱蔽，對(duì)物體的受力情況列出方程后，要一步一解析：首先應(yīng)用隔離法，步仔細(xì)分析，從而找出臨界條件．對(duì)圓球進(jìn)行受力分析(如圖1O由(1)式可知，當(dāng)F