孫瑞凝

(山東省肥城市泰西中學(xué)2016級(jí)16班，山東 肥城 271600)

高中物理臨界問(wèn)題的一點(diǎn)體會(huì)

孫瑞凝

(山東省肥城市泰西中學(xué)2016級(jí)16班，山東 肥城 271600)

高中物理的臨界問(wèn)題一直是高考中的熱點(diǎn)，在臨界問(wèn)題的解決過(guò)程中，關(guān)鍵是確定臨界術(shù)語(yǔ)，找出臨界條件，問(wèn)題就容易解決了.

高中物理；臨界值問(wèn)題；平衡

在高中物理的解題過(guò)程中，分析一個(gè)物理過(guò)程轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)物理過(guò)程是經(jīng)常遇到的，也就是臨界問(wèn)題.高中物理中的臨界問(wèn)題一直是高考中的熱點(diǎn).分析近幾年的高考的物理典型題，不難發(fā)現(xiàn)對(duì)物理過(guò)程的臨界問(wèn)題考察一般是運(yùn)用物理現(xiàn)象的臨界狀態(tài)分析.

在臨界問(wèn)題的解決過(guò)程中，關(guān)鍵是確定臨界術(shù)語(yǔ)，找出臨界條件，也要能夠立足課本，確立高于課本的指導(dǎo)方針，對(duì)臨界問(wèn)題的概念和計(jì)算方法理解到位，不留盲點(diǎn).在物理復(fù)習(xí)中，專(zhuān)題的練習(xí)大部分都是課本上的例題、習(xí)題，以及例題和習(xí)題的變式，所以要能夠掌握基礎(chǔ)知識(shí)和基礎(chǔ)技能，精通課本.

對(duì)于臨界值的求法，則有兩種方法，一種是用物理規(guī)律求極值，例如，臨界條件、邊界條件等.第二種方法是用數(shù)學(xué)方法求極值，如不等式、二次函數(shù)、三角函數(shù)和解三角形等.

一、運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)中常見(jiàn)的臨界問(wèn)題

例1 一輛貨車(chē)以V0=8m/s的速度勻速行駛，經(jīng)過(guò)一輛交警車(chē)旁的時(shí)候，交警發(fā)現(xiàn)該貨車(chē)有違章行為，決定追趕并攔截，經(jīng)過(guò)2.5s，警車(chē)發(fā)動(dòng)，以加速度a=2m/s2做勻加速運(yùn)動(dòng)，則在警車(chē)追上貨車(chē)之前，兩車(chē)之間的最大距離是多少？

分析本題考察的是速度相等的臨界條件，警車(chē)和貨車(chē)的速度相等的時(shí)候，兩車(chē)的距離是最遠(yuǎn)的.

解由題意可知，兩車(chē)速度相等的時(shí)候，距離是最遠(yuǎn)的得v警=at,v貨=v0，則v警=v貨，

可以得到at1=v0

則兩車(chē)相距較遠(yuǎn)的時(shí)候，警車(chē)所用的時(shí)間為

這是貨車(chē)行駛的距離為：

x貨=v0(t0+t1)=8×(2.5+4)m=52m

警車(chē)行駛的距離為：

可得到兩車(chē)的距離為x貨-x警=36m

點(diǎn)撥運(yùn)動(dòng)學(xué)和力學(xué)中的臨界值問(wèn)題，比較常見(jiàn)的是追擊和相遇問(wèn)題，也就是討論兩物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，在相同的時(shí)間內(nèi)達(dá)到的空間的位置，以例1為例，則存在兩個(gè)關(guān)系，一個(gè)是時(shí)間關(guān)系，一個(gè)是位移關(guān)系，在做題的過(guò)程中，畫(huà)草圖也能夠得到.在該問(wèn)題中，臨界條件則是兩車(chē)的速度相等，也就是能否追的上的臨界條件，也是判斷分析的切入點(diǎn).

二、豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的臨界值問(wèn)題

例2 如圖1所示，將細(xì)繩為L(zhǎng)，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量為m的小球，如果使小球在恰好豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，，則小球到達(dá)最低點(diǎn)的速度是多少？

圖1

分析小球在做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，其臨界最小的速度為mg=mv2/r,

解由物體做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候可知，當(dāng)物體達(dá)到最低點(diǎn)的時(shí)候，因?yàn)橄蛐牧Ω亓ο嗟?/p>

點(diǎn)撥在小球做圓周運(yùn)動(dòng)的時(shí)候，在圓形軌道中，臨界條件是一樣的，只要求出小球在受力平衡的時(shí)候受力情況，則可以求出相應(yīng)的臨界值速度.同理，在圓運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，也可以換成輕桿，則這時(shí)候臨界條件變?yōu)榱?

三、電學(xué)中常見(jiàn)的臨界值問(wèn)題

例3 如圖2所示，在一個(gè)水平向右的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，場(chǎng)強(qiáng)未知，在選點(diǎn)O上掛有一繩長(zhǎng)為l的細(xì)繩，下端系著質(zhì)量為m，電量為+q小球，將小球拉到水平位置靜止進(jìn)行釋放，當(dāng)小球擺到C點(diǎn)的時(shí)候，再重新擺回.當(dāng)OC與豎直方向成30°角，求小球在運(yùn)動(dòng)過(guò)程中的最大速度是多少？

圖2

圖3

分析在該電場(chǎng)中，小球從A到C的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似單擺運(yùn)動(dòng)，單擺的過(guò)程中，物體到達(dá)平衡位置的時(shí)候有最大速度，也就是當(dāng)小球達(dá)到B點(diǎn)處于平衡，具有最大速度，這時(shí)候小球與豎直位置成φ=30°也或者是在小球運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中，從A到C的運(yùn)動(dòng)，是在重力場(chǎng)和電場(chǎng)的復(fù)合作用下進(jìn)行的，也就是在由這兩種場(chǎng)力組成的復(fù)合場(chǎng)力與小球共線，為小球的平衡位置，這時(shí)候小球有最大速度.

則可以求出

點(diǎn)撥在電場(chǎng)和重力場(chǎng)的綜合場(chǎng)的作用下進(jìn)行分析，則首先要能夠找到其臨界問(wèn)題的臨界條件，對(duì)臨界條件中物體的受力進(jìn)行分析.在該題的解題過(guò)程中，首先要能夠意識(shí)到小球的運(yùn)動(dòng)類(lèi)似單擺，找到單擺在靜止的過(guò)程中受力情況則可以分析出小球的臨界速度.

此外，在有關(guān)物體在質(zhì)量守恒和帶電粒子在有界磁場(chǎng)中的運(yùn)用的過(guò)程中，牛頓運(yùn)動(dòng)定律的臨界值的過(guò)程中也經(jīng)常會(huì)遇到臨界值的問(wèn)題.這些問(wèn)題的過(guò)程中主要是通過(guò)分析物體運(yùn)動(dòng)的過(guò)程中所處的臨界狀態(tài)和臨界值，則可以以這個(gè)為突破口進(jìn)行受力分析，使問(wèn)題得以解決.

在臨界值問(wèn)題中，臨界狀態(tài)的判斷和分析要能夠與平衡態(tài)和極限思維練習(xí)在一起，在給定的物理情景中求物體物理量的最大值或者是最小值，跟高等數(shù)學(xué)中國(guó)的極限值思維是相似的，所以，在解答這一類(lèi)題目的過(guò)程中，首先在腦海中有有清晰的物理情景，再進(jìn)行物理過(guò)程的分析，根據(jù)物體的受力情況，找到相應(yīng)的臨界值條件或者是極值的條件，解決問(wèn)題，這樣也可以培養(yǎng)思維邏輯能力和分析能力.同時(shí)也要能夠夯實(shí)課本上的主要公式和定理，這樣可以熟練地運(yùn)用所學(xué)知識(shí)，在分析的時(shí)候很快找到相應(yīng)的思路.

[1]聞韜. 運(yùn)用臨界條件解決高中物理帶電體在磁場(chǎng)中運(yùn)動(dòng)的問(wèn)題[J]. 亞太教育,2016,(04).

[2]胡俊梅. 高中物理臨界極值問(wèn)題的處理方法[J]. 和田師范專(zhuān)科學(xué)校學(xué)報(bào),2012,31(05).

G632

B

1008-0333(2017)22-0084-02

2017-06-01

孫瑞凝(2001.10-)，女，山東肥城，高中在讀.

責(zé)任編輯：閆久毅]