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1、6 6 圖象法圖象法 臨界和極值問(wèn)題臨界和極值問(wèn)題1.圖象法 固定光滑細(xì)桿與地面成一定傾角，在桿上套有一個(gè)光滑小環(huán)，小環(huán)在沿桿方向的推力F作用下向上運(yùn)動(dòng)，推力F與小環(huán)速度v隨時(shí)間變化規(guī)律如圖3-6-1所示，取重力加速度g=10m/s2.求：(1)小環(huán)的質(zhì)量m；(2)細(xì)桿與地面間的傾角. 由圖得：前2s有：F1-mgsin=ma，2s后有：F2=mgsin，代入數(shù)據(jù)可解得：m=1kg，=30.圖圖3-6-120.5m/svat， 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：圖象能形象地表達(dá)、直觀地描述物圖象能形象地表達(dá)、直觀地描述物理規(guī)律，能鮮明地表示物理量之間的依賴關(guān)理規(guī)律，能鮮明地表示物理量之間的依賴關(guān)系若能巧妙地利用圖象

2、解題，往往可達(dá)到事半系若能巧妙地利用圖象解題，往往可達(dá)到事半功倍之效在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，圖象法的應(yīng)用更為廣功倍之效在運(yùn)動(dòng)學(xué)中，圖象法的應(yīng)用更為廣泛泛 地面上有一質(zhì)量為M的重物，用力F向上提它，當(dāng)F較小時(shí)重物不動(dòng)，F(xiàn)大于某一值F0時(shí)，重物向上加速運(yùn)動(dòng)，其加速度與力F的關(guān)系如圖3-6-2所示，試求： （1）F0的值. （2）重物加速度為零時(shí)作用力F為多少？ （3）圖線反向延長(zhǎng)線交a軸于a0，a0數(shù)值為多大？圖圖3-6-2 (1)當(dāng)FF0時(shí)，物體仍靜止，而FMg時(shí)，物體加速運(yùn)動(dòng).故F0=Mg.(2)當(dāng)重物加速度為零時(shí)，F(xiàn)Mg.(3)對(duì)重物向上加速時(shí)有：F-Mg=Ma,可知當(dāng)F=0時(shí)，a0=-g. 如圖如圖3

3、63所示，在傾角為所示，在傾角為q q的光滑斜面上端的光滑斜面上端系有一勁度系數(shù)為系有一勁度系數(shù)為k的彈簧，彈簧下端連一個(gè)質(zhì)量的彈簧，彈簧下端連一個(gè)質(zhì)量為為m的小球，球被一垂直斜面的擋板的小球，球被一垂直斜面的擋板A擋住，此時(shí)擋住，此時(shí)彈簧沒(méi)有形變，若彈簧沒(méi)有形變，若A以加速度以加速度a(agsinq q)沿斜面向下沿斜面向下勻加速運(yùn)動(dòng)，求：勻加速運(yùn)動(dòng)，求： (1)從擋板開始運(yùn)動(dòng)到球板分離所經(jīng)歷的時(shí)間從擋板開始運(yùn)動(dòng)到球板分離所經(jīng)歷的時(shí)間t； (2)從擋板開始運(yùn)動(dòng)到小球速度最大時(shí)，球的位移從擋板開始運(yùn)動(dòng)到小球速度最大時(shí)，球的位移x.2.臨界狀態(tài)分析臨界狀態(tài)分析圖圖3-6-3 解析：解析：(1)設(shè)

4、球與擋板分離時(shí)位移為設(shè)球與擋板分離時(shí)位移為s，經(jīng)歷的，經(jīng)歷的時(shí)間為時(shí)間為t，從開始運(yùn)動(dòng)到分離過(guò)程中，從開始運(yùn)動(dòng)到分離過(guò)程中，m受豎直向受豎直向下的重力，垂直斜面向上的支持力下的重力，垂直斜面向上的支持力FN，沿斜面向，沿斜面向上的擋板支持力上的擋板支持力FN1和彈簧彈力和彈簧彈力f，據(jù)牛頓第二定，據(jù)牛頓第二定律有方程：律有方程： mgsinq q-f-FN1=ma， f=kx112212sin1si2 ( sinn2)NNxfFamxsFsatmgksmam gmgkatmataak隨著 的增大， 增大，減小，保持 不變，當(dāng) 與擋板分離時(shí)， 增大到等于 ，減小到零，則有：，聯(lián)立解得：qqq-=

5、-=-=( )2ssinin.mmvmksmgqmgsk分離后繼續(xù)做加速度減小的加速運(yùn)動(dòng)， 最大時(shí)，受合力為零，即，位移是q= 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：臨界與極值問(wèn)題關(guān)鍵在于臨界條件的臨界與極值問(wèn)題關(guān)鍵在于臨界條件的分析，許多臨界問(wèn)題，題干中常用分析，許多臨界問(wèn)題，題干中常用“恰好恰好”、“最大最大”、“至少至少”、“不相撞不相撞”、“不脫離不脫離”等詞語(yǔ)對(duì)臨界狀態(tài)給出了明確的暗示，審題時(shí)，等詞語(yǔ)對(duì)臨界狀態(tài)給出了明確的暗示，審題時(shí)，一定要抓住這些特定的詞語(yǔ)發(fā)掘其內(nèi)含規(guī)律，找一定要抓住這些特定的詞語(yǔ)發(fā)掘其內(nèi)含規(guī)律，找出臨界條件出臨界條件 一個(gè)質(zhì)量為0.2kg的小球用細(xì)線吊在傾角=53的斜面頂端，如圖3-6-

6、4所示，斜面靜止時(shí)，球緊靠在斜面上，繩與斜面平行，不計(jì)摩擦，當(dāng)斜面以10m/s2的速度向右做加速運(yùn)動(dòng)時(shí)，求繩的拉力及斜面對(duì)小球的彈力.圖圖3-6-4 當(dāng)加速度a較小時(shí)，小球與斜面體一起運(yùn)動(dòng)，此時(shí)小球受重力、繩拉力和斜面的支持力作用，繩平行于斜面，當(dāng)加速度a足夠大時(shí)，小球?qū)ⅰ帮w離”斜面，此時(shí)小球受重力和繩的拉力作用，繩與水平方向的夾角未知，題目中要求a=10m/s2時(shí)繩的拉力及斜面的支持力，必須先求出小球離開斜面的臨界加速度a0.(此時(shí)，小球所受斜面支持力恰好為零) 由mgcot=ma0 所以a0=gcot=7.5m/s2 因?yàn)閍=10m/s2a0 所以小球離開斜面N=0，小球受力情況如圖，則

7、Tcos=ma，Tsin=mg 所以 N=0.222.83 ,TmamgN 如圖3-6-5所示，質(zhì)量M=4kg的木板長(zhǎng)L=1.4m，靜止在光滑水平面上，其上面右端靜止一質(zhì)量m=1kg的小滑塊(可看做質(zhì)點(diǎn))，滑塊與木板間的動(dòng)摩擦因數(shù)=0.4，先用一水平恒力F=28N向右拉木板，要使滑塊從木板上恰好滑下來(lái)，力F至少應(yīng)作用多長(zhǎng)時(shí)間(g=10m/s2)？ 圖圖3-6-5 物體m加速度am=g=4m/s2木板加速度F撤去前作用了時(shí)間t，則vm=amt，vM=aMt以后m仍以am加速，M以aM減速，26m/sMFmgaM221122mmMMxa txa t，21m/sMmgaM 過(guò)時(shí)間t兩者等速vm+am

8、t=vM-aMt=v代入得t時(shí)間內(nèi)位移 (xM+xM)-(xm+xm)=L，得 得t=1s22855ttvt ，22mMmMvvvvxtxt ，275tL ， 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：有時(shí)，有些臨界問(wèn)題中并不顯含常見(jiàn)有時(shí)，有些臨界問(wèn)題中并不顯含常見(jiàn)的的“臨界術(shù)語(yǔ)臨界術(shù)語(yǔ)”，但審題時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)物理量在變，但審題時(shí)發(fā)現(xiàn)某個(gè)物理量在變化過(guò)程中會(huì)發(fā)生突變，則該物理量突變時(shí)物體所化過(guò)程中會(huì)發(fā)生突變，則該物理量突變時(shí)物體所處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)臨界問(wèn)題通常具有一定處的狀態(tài)即為臨界狀態(tài)臨界問(wèn)題通常具有一定的隱蔽性，解題靈活性較大，審題時(shí)應(yīng)力圖還原的隱蔽性，解題靈活性較大，審題時(shí)應(yīng)力圖還原習(xí)題的物理情景，抓住臨界狀態(tài)的特征，

9、找到正習(xí)題的物理情景，抓住臨界狀態(tài)的特征，找到正確的解題方向確的解題方向 如圖3-6-6所示，已知物塊A、B的質(zhì)量分別為m1、m2，A、B間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1，A與地面之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2，在水平力F的推動(dòng)下，要使A、B一起運(yùn)動(dòng)而B不致下滑，力F至少為多大？ 圖圖3-6-6 B不下滑有：1FNm2g，另有FN=m2a，對(duì)整體有F-2(m1+m2)g=(m1+m2)a得12211()()Fmmg 易錯(cuò)題：易錯(cuò)題：兩個(gè)重疊在一起的滑塊，置于固定的、兩個(gè)重疊在一起的滑塊，置于固定的、傾角為傾角為q q的斜面上，如圖的斜面上，如圖367所示滑塊所示滑塊A、B的質(zhì)的質(zhì)量分別為量分別為M、m.A與斜面間的動(dòng)

10、摩擦因數(shù)為與斜面間的動(dòng)摩擦因數(shù)為1，B與與A之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為之間的動(dòng)摩擦因數(shù)為2.已知兩滑塊都從靜止開始已知兩滑塊都從靜止開始以相同的加速度從斜面滑下，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滑塊以相同的加速度從斜面滑下，在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中，滑塊B受到的摩擦力受到的摩擦力() A等于零等于零 B方向沿斜面向下方向沿斜面向下 C大小等于大小等于1mgcosq q D大小等于大小等于2mgcosq q圖圖3-6-7 錯(cuò)解：錯(cuò)解：選選D 錯(cuò)解分析：錯(cuò)解分析：易錯(cuò)點(diǎn)是不能正確使用假設(shè)易錯(cuò)點(diǎn)是不能正確使用假設(shè)法判斷靜摩擦力的大小和方向，只是憑主觀法判斷靜摩擦力的大小和方向，只是憑主觀想象得出結(jié)論造成錯(cuò)選想象得出結(jié)論造成錯(cuò)選D. 正解

11、：正解：假定假定A與與B間無(wú)摩擦力作用，則間無(wú)摩擦力作用，則B下滑下滑的加速度必須大于的加速度必須大于A下滑的加速度，二者不可能以下滑的加速度，二者不可能以相同的加速度從斜面下滑，故選項(xiàng)相同的加速度從斜面下滑，故選項(xiàng)A是不正確是不正確的的B與與A以相同的加速度下滑，表明以相同的加速度下滑，表明B必受到必受到A施施加的沿斜面向上的摩擦力作用，故選項(xiàng)加的沿斜面向上的摩擦力作用，故選項(xiàng)B錯(cuò)誤由錯(cuò)誤由于于AB間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，因此間無(wú)相對(duì)滑動(dòng)，因此AB間的摩擦力不可能是間的摩擦力不可能是滑動(dòng)摩擦力，只能是靜摩擦力靜摩擦力不能用滑動(dòng)摩擦力，只能是靜摩擦力靜摩擦力不能用動(dòng)摩擦因數(shù)與正壓力的乘積來(lái)表示，因而選項(xiàng)

12、動(dòng)摩擦因數(shù)與正壓力的乘積來(lái)表示，因而選項(xiàng)D也也是錯(cuò)誤的是錯(cuò)誤的A作用于作用于B的靜摩擦力的靜摩擦力f的大小應(yīng)保證的大小應(yīng)保證B與與A有相同的加速度，有相同的加速度，因此對(duì)因此對(duì)AB整體有整體有(m+M)gsinq q-1(m+M)gcosq q=(m+M)a對(duì)對(duì)B有：有：mgsinq q-f=ma由以上兩式消去由以上兩式消去a得得f=1mgcosq q所以選項(xiàng)所以選項(xiàng)C是正確的是正確的 點(diǎn)評(píng)：點(diǎn)評(píng)：掌握分析問(wèn)題的方法和技能，這是高掌握分析問(wèn)題的方法和技能，這是高考對(duì)考生的基本要求，絕大多數(shù)高考題目都具備考對(duì)考生的基本要求，絕大多數(shù)高考題目都具備這種功能本題以求摩擦力為素材，目的是考查這種功能本題以求摩擦力為素材，目的是考查考生考生“假設(shè)法分析和判斷問(wèn)題假設(shè)法分析和判斷問(wèn)題”及及“處理連接體處理連接體問(wèn)題的基本方法問(wèn)題的基本方法”