例析牛顿第二定律应用之临界问题的解题思想和方法
2014-10-21刘玲
物理教师 2014年9期
刘 玲
(复旦大学附属中学,上海 200433)
1 立足基础 —— 掌握临界问题的思路和方法
我们先来看一下2012年上海高考第30题,通过这道题目来讨论解决临界问题的基本思想和方法.

图1
例1.(2012年上海卷)如图1,将质量m=0.1kg的圆环套在固定的水平直杆上.环的直径略大于杆的截面直径.环与杆间动摩擦因数μ=0.8.对环施加一位于竖直平面内斜向上,与杆夹角θ=53°的拉力F,使圆环以a=4.4m/s2的加速度沿杆运动,求F的大小.

图2
解析:对圆环进行受力分析,临界条件为杆对圆环的弹力为0,此时受力分析如图2所示.此时,满足Fsinθ-mg=0,得F=N=1.25N.

图3
(1)当F<1.25N,时,环与杆的上部接触,受力分析如图3所示.根据牛顿第二定律,

联立(1)、(2),有


图4
(2)当F>1.25N,时,环与杆的上部接触,受力分析如图4所示.根据牛顿第二定律,

所以有


图5
例2.质量分别为mA和mB的两个物体A、B叠放在光滑水平桌面上,如图5所示当用某一水平力拉B时,A、B两物体恰好能一起以加速度a1做匀加速运动,那么如果在A上加一水平力,要使A、B之间不发生相对运动,水平力不能大于多少?
解析:用水平力拉B时,A是依靠B给它的静摩擦力产生加速度的,所谓恰好能一起以加速度a1做匀加速运动,也就是说如果水平力再大的话,A、B之间就要发生相对运动了,所以临界条件是此时A、B之间的摩擦力达到最大值.对A物体应用牛顿第二定律,可以得到A、B之间的最大静摩擦力为fm=mAa1.
当一水平力加在A物体上时,B是依靠A给它的静摩擦力产生加速度的,所以临界条件是此时A、B之间的摩擦力达到最大值.设此时的加速度为a2,对……
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