视频1 视频21 视频41 视频61 视频文章1 视频文章21 视频文章41 视频文章61 推荐1 推荐3 推荐5 推荐7 推荐9 推荐11 推荐13 推荐15 推荐17 推荐19 推荐21 推荐23 推荐25 推荐27 推荐29 推荐31 推荐33 推荐35 推荐37 推荐39 推荐41 推荐43 推荐45 推荐47 推荐49 关键词1 关键词101 关键词201 关键词301 关键词401 关键词501 关键词601 关键词701 关键词801 关键词901 关键词1001 关键词1101 关键词1201 关键词1301 关键词1401 关键词1501 关键词1601 关键词1701 关键词1801 关键词1901 视频扩展1 视频扩展6 视频扩展11 视频扩展16 文章1 文章201 文章401 文章601 文章801 文章1001 资讯1 资讯501 资讯1001 资讯1501 标签1 标签501 标签1001 关键词1 关键词501 关键词1001 关键词1501 专题2001
力学中的临界状态问题
2025-09-30 01:39:32 责编:小OO
文档

力学中的临界状态问题
中山市华侨中学 胡永跃

        当物体由一种物理状态变为另一种物理状态时,可能存在一个过渡的转折点,这时物体所处的状态通常称为临界状态,与之相关的物理条件则称为临界条件。

      解答临界问题的关键是找临界条件。许多临界问题,题干中常用“恰好”、“最大”、“至少”、“不相撞”、“不脱离”……等词语对临界状态给出了明确的暗示,审题时,一定要抓住这些特定的词语发掘内含规律,找出临界条件。

    〖例题〗   在光滑的水平轨道上有两个半径都是r的小球A和B,质量分别为m和2m,当两球心间距离大于l(l比2r大得多)时,两球之间无相互作用力;当两球心间距离等于或小于l时,两球间存在相互作用的恒定斥力F。设A球从远离B球处以速度V0沿两球连心线向原来静止的B球运动,如图1所示,欲使两球不发生接触,V0必须满足什么条件?

 

 〖析〗    本题的关键是正确找出两球“不接触”的临界状态。据题意,当A、B两球球心间距离小于l时,两球间存在相互作用的恒定斥力F,故A减速而B加速。当VA>VB时 ,A、B间距离增大减小;当VA<VB时 ,A、B间距离增大。可见,当VA=VB时,A、B相距最近。若此时A、B间距离x>2r,则A、B不发生接触(见图2)。上述状态即为所寻找的临界状态,VA=VB时x>2r则为临界条件。

     〖解〗  两球不接触的条件是:

    VA=VB  ------------①

    l+SA-SB>2r--------②

  其中VA、VB为两球间距离最小时,A、B球的速度;SA、SB为两球间距离从     

             l变至最小的过程中,A、B球通过的路程。

            设V0为A球的初速度,由动量守恒定律得:

                 mV0=mVA+2mVB ------③

             由动能定律得

     ----④

     ------⑤

              联立解得:

     

  有时,有些临界问题中并不显含上述常见的“临界术语”,但审题时发现某个物理量在变化过程中会发生突变,则该物理量突变时物体所处的状态即为临界状态。光学中全反射的临界角即为一例。

      〖例题〗    图3中,用细线悬挂于O点的摆球在小锤两次打击下才能通过以O为圆心,以线长为半径的圆周的最高点,设两次打击时作用时间相等,摆球运动中悬线始终拉直,求两次打击力之比F2:F1的最小值。

 

〖析〗 要求F2:F1的最小值,即要求F1的最大值,F2的最小值。故必须找出F1和F2对应的两个临界状态。 

  据题意,小球经两次打击才通过圆周最高点C,故第一次打击后,小球只能在圆弧ABC之间运动,从图4可以看出,当小球在圆弧AB上运动时,重力沿半径的分力F1背离圆心,拉紧绳子,即使小球速度减为零,也不会脱离圆周。当小球在圆弧BC上运动时,重力沿半径的分力F1改为沿半径指向圆心。必会在图4中P点出现   ,小球将脱离圆周而作斜抛运动,线松驰。可见,由于在B点上下重力沿半径方向分力F1方向的突变,使得小球将出现不同的运动情况。要使绳子始终拉直,第一次打击后,小球只能在圆弧AB上运动,“小球沿圆弧上升至B点速度恰为零”为确定F1的临界条件。

        要求F2最小,则第二次打击后,小球恰能通过最高点C,“绳子张力TC=0”,这是确定F2的临界条件。

 〖解〗 设第一次打击后,小球速度为V1,由动量定律得

      F1t=mV1 -------------①

                F1最大时,小球到达B点速度为零,由机械能守恒定律得

        -----------②

                联立解得:

  小球经过最低点并向左运动时,作第二次打击,打击后速度为V2,由动量定理得: 

      F2t=mV2-mV1 ---------③

             设小球升至最高点C时速度为V3,由机械能守恒定律得:

       ----④

              F2最小时,小球通过C点时线的张力TC=0,由牛顿第二定律得

       -------------⑤

                联立解得:

                               

          临界问题通常具有一定的隐蔽性,解题灵活性较大,审题时应力图还原习题的物理情景,抓住临界状态的特征,找到正确的解题方向。

下载本文
显示全文
专题