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两个临界问题

两个临界问题:

如图所示,一小车在光滑水平面上匀速运动,用细线OAAB将一质量为m的小球悬挂在小车中,其中OA与竖直方向成30∘ 角, ∠AOB=15∘AB 水平并与固定在小车侧壁上的拉力传感器相连。重力加速度g10 m/s2 ,不计空气阻力,现使小车在水平外力作用下做匀变速直线运动,且欲使传感器示数为零,(    )

 题意要审清楚的话,就知道是这么一回事,细线AB上的拉力为零,同时小车还要有加速度。受力分析可知:如此一来,小球受到重力和细线OA的拉力作用,这样一来,加速度方向只能沿水平方向向左。最小值就是题干中细线OA与竖直方向的夹角为300的时候,此时对应的加速度为amin =gtan300。但满足题干的条件明显不是这一个值,若加速度比这个加速度再大一点,细线OA就要上摆,这个摆动能否无限制直到细线OA趋于水平呢?明显不行,几何上又有限制,当摆到如图所示的筝形时,对应的加速度就有最大值,再大的话,细线AB上就会有作用力,题干条件就不对了。此时amax=gtan600。这个题中限制条件比较微妙,物理上受力的制约条件反映到几何上产生了对应的几何条件。

这个临界问题实际上是个范围问题,只是在首尾两端找一下边界,对于某个物理量的范围问题,最彻底的思考方法是,将范围从0一直增大到无穷大,从这个大范围内再选取满足题意的小范围,这样做得好处是能把问题从底层上思考清楚,而且不会漏解。弊端当然有,对于限时的考试,这样思考对时间是一种浪费,但在平时的打功底阶段,这样做很有必要,熟悉了这种一锅端的操作,考试时找相应的范围相对就轻松了。

如图所示,一弹簧一端固定在倾角为θ37°的光滑固定斜面的底端,另一端拴住质量为

m16kg的物体PQ为一质量为m210kg的物体,弹簧的质量不计,劲度系数

k600N/m,系统处于静止状态.现给物体Q施加一个方向沿斜面向上的力F,使它从静止开始沿斜面向上做匀加速运动,已知在前0.2 s时间内,F为变力,0.2 s以后F为恒力,sin37°0.6cos37°0.8g10 m/s2。求:

(1)系统处于静止状态时,弹簧的压缩量x0

(2)物体Q从静止开始沿斜面向上做匀加速运动的加速度大小a

(3)F的最大值与最小值

这也算是一个经典的、真正的临界问题。

两物体的分离条件:

分离前,形容为如胶似漆好像也不过分,PQ两物体的加速度、速度等运动参量都是一样的,而且两物体之间有弹力,有弹力说明两物体是彼此接触的,那就充分说明没分,分了还接个啥触。

分离后,暂时形容为渐行渐远吧,弹力是肯定没有啦,Q的加速度应该比P大了,否则跑不到前面怎分。

分离时是一种什么状态呢?貌合神离差不多能描述此情此景,因为貌合,所以两物体的加速度还一样,外界看来是一伙的。神离的意思,实质上已经分离了,也就是两物体间已经没有瓜葛,不存在相互的作用力了。

分离状态算是承上启下,运动学参量加速度是一样的,但两物体之间不存在相互作用力。再受力分析,列方程求解就行。

这两个题比较起来,第二个是个确切的临界问题,第一题实际是个范围问题,范围的边界上需要考虑临界条件。

范围问题、临界问题,找条件的本质还是分析题意,分析物理参量、约束条件的问题。物理规律是基础,相当于一题多解。

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