一个杠杆问题的解法及推广
2018-05-08王伟民
中学数学杂志(初中版) 2018年3期
【摘要】用对函数求导确定驻点的方法,探究一个力学问题中两物体间作用力的变化规律,并将解决问题的方法作一推广.
【关键词】钢板;圆柱体;压力;杠杆平衡;三角函数
例题1如图1所示,一密度均匀的长钢板OA左端O点用铰链固定于地面,从钢板右方底下沿水平地面向左推进一个圆柱体铁桶,若不计摩擦,在铁桶缓慢左移的过程中,钢板对铁桶的压力[假设铁桶刚进入时钢板与水平地面的夹角足够小]().
A.逐渐变小B.逐渐变大
C.始终不变D.先变大,再变小
作为选择题,考虑“极端值”并采用淘汰法,很容易确定本题的答案是选项D——由题目条件“铁桶刚进入时钢板与水平地面的夹角足够小”可知,若铁桶直径相对钢板的长度足够小(只有这样才能保证开始“钢板与水平地面的夹角足够小”),铁桶剛进入时,钢板对铁桶的压力接近于钢板重力的一半,当铁桶向左前进相当长的距离后(比如前进的距离是钢板长度的一半),则相对于支点,铁桶对钢板压力的力臂几乎减小一半,而钢板与水平面的夹角可以几乎不变(我们可以设想钢板有铰链的一端在北京,另一端在上海,铁桶只是直径为30cm的普通铁桶,就可以想象出在铁桶向左推进过程中钢板与水平地面夹角的变化情形了),所以,开始的过程,铁桶与钢板间的压力应该不断的增大,而当钢板与水平地面的夹角接近于90°时,钢板与铁桶之间的压力趋向于0,变得很小,所以,我们可以将题目所给4个选项中的前三个淘汰,而得出本题的正确选项D.
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