高中物理教师ll三步教你解决牛顿第二定律:临界问题,百分百好用

牛顿第二定律应用中的临界问题是高中物理的一个重点也是难点,解决这类问题要求学生对物理情景的理解必须十分清晰,而且对物理过程的分析也要十分透彻。而我们学生在求解临界问题时就普遍存在着以下三个问题:

一、未能仔细对物体受力情况、状态和运动过程进行分析,不能正确建立物体运动的情景,也就不能发现一些隐蔽的临界现象及临界条件,从而造成思路不清晰,过程混淆的错误。

二、对每种性质运动的受力特点(即运动和力的关系)未能熟练掌握,解题时乱套公式。

三、思维狭窄,未能预见可能出现的多种情况。

第一步:知道什么是临界问题。

若题目中出现“最大”“最小”“刚好”等词语,常为临界问题,但在临界问题中很少直接出现这些词语。在动力学中常见的临界问题主要是由于弹力、摩擦力是被动力而引起的,所以凡是弹力、摩擦力发生突变的问题都可以认为是临界问题。

在临界问题中临界状态一般比较隐蔽,它在一定条件下才会出现。在找临界状态和临界值时,一般用极限分析法:

即通过恰当地选取某个物理量推向极端(“极大”和“极小”,“极左”和“极右”等),分析在极端情况下可能出现的状态和满足的条件,应用物理规律列出在极端情况下的方程,从而找出临界条件。(极端分析往往包含有假设)

第二步:熟悉动力学中的典型临界条件。

①接触与脱离的临界条件:两物体相接触或脱离的临界条件是弹力FN=0.

②相对静止或相对滑动的临界条件:两物体相接触且处于相对静止时,常存在着静摩擦力,则相对静止或相对滑动的临界条件:静摩擦力达到最大值或为零.(注意:存在静摩擦的连接系统,当系统外力大于最大静摩擦力时,物体间不一定有相对滑动)

③绳子断裂与松弛的临界条件:绳子所能承受的张力是有限的,绳子断与不断的临界条件是绝对张力等于它所能承受的最大张力,绳子松弛的临界条件是FT=0.

④加速度最大与速度最大的临界条件:当物体在受到变化的外力作用下运动时,其加速度和速度都会不断变化,当所受合外力最大时,具有最大加速度;合外力最小时,具有最小加速度。当出现加速度为零时,物体处于临界状态,所对应的速度便会出现最大值或最小值。

第三步:动力学中的典型临界问题:

一、弹力发生突变时的临界问题

弹力发生在两物体的接触面之间,是一种被动力,其存在以及大小和方向取决于物体所处的运动状态(当运动状态达到临界状态时,弹力会发生突变)。

1.相互接触的物体间的弹力临界问题:解决这一类问题的关键在于考虑物体什么时候移动,即将移动瞬间就是临界状态。

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2.轻绳的弹力临界问题:解决这一类问题的关键在于考虑物体什么时候“飘”起来。

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二、摩擦力发生突变的临界问题

摩擦力的的突变,常常导致物体的受力情况和运动性质的突变,其突变点往往具有很深的隐蔽性,解决此类问题的关键在于分析突变情况,找出摩擦力突变的点。

1.静摩擦力发生突变

静摩擦力也是被动力,其存在与大小、方向取决于物体间的相对运动趋势,而且静摩擦力存在最大值。(静摩擦力为零的状态,是方向变化的临界状态;静摩擦力达到最大值,是物体恰好保持相对静止的临界状态)

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2.滑动摩擦力发生突变

滑动摩擦力存在于发生相对运动的物体之间,因此两物体的速度达到相同时,滑动摩擦力要发生突变:摩擦力为0或为静摩擦力。

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三、追击和相遇的临界问题

在追击问题中,速度相等是两物体间距离最大或最小的临界条件;在分离问题中,加速度相同是相互接触的物体分离的临界条件。

1.追击中的最大或最小距离:速度相同

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2.相互接触的物体分离:加速度相同

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