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1、物理课案 专题14 临界极限问题一、考点梳理（一）临界问题: 所谓临界问题是指在一种运动形式（或者物理过程和物理状态）转变为另一种运动形式（或者物理过程和物理状态）的过程中，存在着的分界限的现象，这种分界限通常以临界状态的形式出现在不同的问题中，如光学中的临界角超导现象中的临界温度，力学中的限性限度，临界速度，临界加速度，临界力平衡位置，电学中的临界电压，临界电流，发电机的中性面，光电效应中的极限频率，核发应中的临界体积等等。在临界状态的前后，系统服从不同的物理规律，按不同的规律变化。 一般解决临界问题有两种基本方法：1.演绎法：以原理、定理和定律为依据，先找出所研究问题的一般规律和一般解，然
2、后分析讨论其特殊规律和特殊解，即采用从一般到特殊的推理方法。2.临界法:以原理、定理或定律为依据，直接从临界状态和相应的临界量入手，求出所研究问题的特殊规律和特殊解，以此对一般情况进行分析讨论和推理，即采用林特殊到一般的推理方法。由于临界状态比一般状态简单故解决临界问题，临界法比演绎法简捷多了。一般只要抓住临界状态和确定相应的临界量-这个突破口，问题就迎刃而解了。在找临界状态和临界量时，常常用到极限分析法：即通过恰当地选取某个物理量（临界物理量）推向极端（“极大”和“极小”，“极左”和“极右”等），从而把隐蔵的临界现象（或“各种可能性”）暴露出来，便于找到这个“突破口”。（二）极值问题在一定条
3、件下，物体的物理状态和过程的性质特点达到某个状态时发生转变，这个转折状态叫临界状态，在此状态下一些物理的值取得极大或极小。求解临界极值问题需要有较高的综合分析能力及相关的数学知识。高中物理有多处涉及极值问题，已-成为高考热点问题，处理此类问题的常用方法有以下四点：1.如果在一个命题中涉及某个临界问题，首先应确定临界条件，再分阶段分步骤进行分析讨论，确定临界条件的方法，就是分析趋于达到和偏离转折点的过程。即转折前后的力学和运动学特点，物质的性质特点等。2.有些题是可以专门讨论某一临界条件的，更多的题仅仅是涉及某一临界问题，对于临界条件的判断可以在解题时直接指出，不必作详细论证。 3.物理问题中的
4、临界点常常是矛盾的，对立的交叉点，“刚好追上”与“恰好不相碰”的条件，实质上是一样的，“刚好发生全反射”与“刚好不发生全反射”的条件也是一样的。 4.物理中某些刚好等于某一值的物理意思是说不清的，不像数学中刚好等于某一值有确切含义，不要在“正好等于临界值时到底怎样”上纠缠不清。 二热身训练 1.用细线AO、BO悬挂重物，BO水平，AO与竖直线成45角，如图1，AO BO能承受的最大拉力分别10N和5N，OC能承受足够的拉力，为使细线不被拉断，则重物的最大重力是多少？ 2.如右图2所示，一细线的一端固定于倾角为45的光滑楔形滑块A的顶端P处，细线的另一端拴一质量为m的小球，当滑块至少以加速度a_
5、 时，小球对滑块的压力为零；当滑块以a=2g的加速度向左运动时，线的拉力T_3.一洗衣机正常工作时非常平稳，当切断电源后，发现洗衣机先是振动越来越剧烈，然后振动再逐渐减弱，对这一现象，下列说法正确的是正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率大正常工作时，洗衣机波轮的运转频率比洗衣机的固有频率小正常工作时，洗衣机波轮的运转频率等于洗衣机的固有频率当洗衣机振动最剧烈时，波轮的运转频率恰好等于洗衣机的固有频率A 只有 B C D 图4图3图1图24.如图3电源的内阻为r，固定电阻Ror/2,滑动变阻器R的总电阻为2r，当R_时，电源输出功率最大， 当R_时，R上消耗的功率最大，当R_时，R
6、上消耗的功率最大。 三、讲练平台例1.一个质量为 m的物体置于地面上，与地面间的动摩擦因素为 ，现用一个与水平方向成 角的力F拉物体，如图4，为使物体沿地面做匀加速直线运动，求F的取值范围。 解释：物体受力如图4所示。由图可知：如果F太小，物体不可能被拉动做匀加速运动，因此，所施的拉力应存在一个范围.设物体的加速度为a，由正交分解法可得： Fcos-FN=m Fsin+FN-mg=0 依题意，为使物体不离开地面，必须FN0, Fmg/sin 为使物体做匀加速直线运动，必须a0,则 a=F(cossin)-mg/m0 F mg/(cos+sin) 故所求F的范围是mg/(cos+sin)Fmg/
7、sin例2.如图5，一光滑绝缘槽放在方向竖直向下场强为E的匀强电场中，现从斜槽顶端A，沿槽释放一个初速度V。的带负电小球，小球的质量为m，电量为q,斜槽底端B与A的高度差为H，则电场强度E_时，小球才能到达B点，设小球能通过B点，那么通过B点的最小速度为_。解释：小球在斜槽上受力如图6所示，要使小球到达B点 N 0 Eqmg Emg/q 当E=mg/q时， W合0，VB=V。为最小 例3.如图7，物体以大小不变的初速度V。沿木板滑动，若木板倾角不同，物体能上滑的距离S也不同，下图是得出的S- 图像，求图中最低点P的坐标。取g=10m/s2解释：本题主要考查理解数学图像的物理意义的能力运用数学知
8、识求极值问题的能力 S-图线上每一点（，S）都表示一个过程，即木板倾角为时，物体的初速度V。能滑上的最大距离为S解：当90时，S115m，实际此时物体做竖直上抛运动，a=-g, 有 -Vo2=2x(-g)S1 解得V。10 m/s当0时，S220m，此时 f=mg a=-f/m=-g0-Vo2=2(-mg)s2 解得 0.75在为一般值时， 有-mgsin-mgcos=ma 0-Vo2=2as 解得S 12/sin(+)且arctan=37当90-53时 ，S有最小值12m故最低点P的坐标为（53，12m）图6图8图7图54321四、达标测试1.长为L的轻杆，一端固定一个质量为m的小球B，另一
9、端固定在水平转轴O上，杆随转轴O在竖直平面内匀速转动，角速度为 ，某时刻杆与水平方向的夹角为 ，则此时对小球B的作用力F的方向在图中哪个范围内，如图8。A. 竖直向上 B.沿OB方向 C.图中区域1 D.图中区域2 2.如图9所示，两木块质量分别为m,M，用劲度系数为K的轻弹簧连在一起，放在水平地面上，将木块1压下一段距离释放，它就上下作简谐运动，在振动过程中木块2刚好始终不离开地面（即它对地面最小压力为0）则木块1的最大加速度大小是_，木块2对地面最大压力大小是_.3. 如图10所示，相距为d的两平行金属板AB上加上电压U，A板电势高，在A板上放一小粒放射性物质，它不断向右侧空间各个方向放出
10、质量为m电量为q的粒子，粒子最大速度为V，B板上涂荧光粉，粒子轰击B板而发光，设粒子不被B板反射，则B板的发光面积为_ 图13图12图11图10图94.发电机通过一条绳子吊起一个质量为8kg的物体，绳子的拉力不能超过120N。电动机的功率不能超过1200N，要将此物体由静止用最快的方式吊高90M，(已知此物体在被吊高接近90M时已开始以最大速度匀速上升)所需时间为多少?(g10M/S2)5、质量为M的小球被在绳一端，在竖直平面内做半径为R的圆圈运动，运动过程中，小球受到空气的阻力作用。没某一时刻小球通过轨道的最低点，此时绳子的张力为7MG，此后小球继续圆圈运动。经过半个圆周能通过最高点，则在此
11、过程中小球克服空气阻力所做的功为： A、mgR/4 B.mgR/3 C. mgR/2 D.mgR6.组成星球的物质是靠吸引力吸引在一起的，这样的星球有一个最大的自转速率，如果超过了该速度，星球的万有引力将不足以维持其赤道附近的物体做圆周运动。由此能得到半径为R，密度为p，质量为M是均匀分布的星球最小自转周期T，下列表述中正确的是A. T=2 B. T=2 C.T= D.T=7.长为L的水平极板间有垂直低面向里的匀强磁场，如图11所示，磁感应强度为B，板间距离也为L，板不带电，现有质量为 m,电量为q的带正电粒子（不计重力），从左边极板间的中点处垂直于磁感线以速度V水平射入磁场，欲使粒子不打在极
12、板上，可采用的办法是： A.使粒子速度为v5Bql/4mC.使粒子速度为vBql/4m D.使粒子速度为qBl/4mv5Bql/4m8.在光滑的水平面上，A、B两物体紧靠在一起，如图12所示，A物体的质量是24kg，B的质量是120kg，FA是4N的水平向右恒力，FB（16-3t）N（t以s为单位）是随时间变化的水平力，从静止开始，当t=_s时，A、B两物体开始脱离，此时B物体的速度方向_. 9. 如图13所示，劲度系数为k的轻弹簧，悬挂质量为m的砝码，若先用盘托往砝码，使弹簧处于自然状态，然后让盘以加速度ag竖直向下运动，求经过多长时间后砝码与盘脱离？10.如图14所示，用折射率为n的盘里均
13、匀介质做成内外半径分别为a,b的空心球壳，当一束平行光束身射向此球壳的外表面经两次折射后可射入空气球壳空腔内，则此光速入射前的横截面积是多大？ 11.如图15所示，半径为r的绝缘光滑圆环固定在竖直平面内，环上套有一质量为m带正电的珠子，空间存在水平向右的匀强电场，珠子所受静电力是其它力的3/4倍，将珠子从环上最低位置A点静止释放，求珠子所能获得的最大动能Ek，要使珠子做圆周运动，在A点至少给A以多大的初速度？12.如图16所示，水平放置的两块平行金属板a、b，相距为d，其电容为c，开始时两板均不带电，a板接地且中央有孔，现将带电量为Q，质量为m的带电液滴一滴一滴地从小孔正上方h高处无初速度地滴下，竖直落在b板上，并把全部电荷传给b板，重力加速度为g，不计地磁场的影响，并假定电荷在板上的分布是均匀的，求：（1）第几滴液滴在ab板间将做匀速直线运动？（2）能够到达b板的
