一種物理現象轉化為另一種物理現象的轉折狀态叫臨界狀态。臨界狀态下的物理問題稱為臨界問題。解決臨界問題的方法稱為臨界法。往往都是從臨界态的情形入手去解決問題,具體看後面分析。在高中物理的各個部分都有臨界問題。
比如,
一、靜力學中的臨界問題:平衡物體的臨界狀态是指物體所處的平衡狀态将要被破壞而尚未被破壞的狀态。
解決臨界問題的關鍵是找到臨界條件。物理方法:物理方法是指充分利用物理狀态和物理規律,分析臨界狀态或邊界條件,在特殊狀态下,根據物理規律列方程,便可直接解決臨界問題。
物理方法包括(1)利用臨界條件,(2)利用邊界條件,(3)利用矢量圖。
臨界問題與極值問題是相關聯的,其主要區别是:臨界問題通常用物理方法,極值問題通常用數學方法。具體舉例看後面圖片。
再比如,
動力學中的臨界問題
動力學中的臨界問題,臨界條件主要有下列幾種:
(1)接觸與脫離的臨界條件:兩物體間的彈力
(2)相對滑動的臨界條件:靜摩擦力達到最大值
(3)繩子斷裂與松弛的臨界條件:斷裂:繩中張力等于它所能承受的最大張力,松弛:
(4)加速度最大與速度最大的臨界條件:在變化的外力作用下,物體所受合外力最大時加速度最大,所受合外力最小時加速度最小;加速度為0時,速度往往最大。
再比如,
圓周運動中的臨界問題
(1)水平面上圓周運動的臨界問題
物體放在轉動的圓盤上,随圓盤一起做勻速圓周運動,靜摩擦力通過向心力。
物體相對圓盤恰好不發生相對滑動的臨界條件是:最大靜摩擦力恰好提供向心力,
即臨界角速度。當圓盤轉動的角速度時,物體将做離心運動。
例題4:聯動輪摩擦力提供向心力的問題
(2)豎直平面内的圓周運動的臨界問題
輕繩模型和輕杆模型在最高處受力臨界情況,繩子物體最高處的向心力最小為物體重力,而杆模型最高處最小向心力為0。
再比如,
電磁感應中的臨界問題
往往會有棒運動到最終勻速運動情況,這時候用的就是平衡方程求解。或者棒變減速運動到最終停止。等等情形。往往會用到能量方法。通常用到動能定理。動能定理與能量守恒是一緻的。在動能定理中,能量的轉化用功來體現,其中克服安培力做功等于機械能轉化為電能再轉化為内能即焦耳熱。
“電磁感應”題中的“焦耳熱”問題,又是高考題中常出現的問題。
所謂“焦耳熱”,就是電流産生的熱量,“電磁感應”中的“焦耳熱”,是感應電流産生的熱量。“焦耳熱”的求法通常有3種:
一是直接法,根據公式求解;
二是間接法,應用動能定理或能量守恒定律求解。
三是用功與功率的關系求解。本題用第二種方法。
還要注意:題目是求電阻R上産生的熱量,還是回路總的總焦耳熱。
在與電磁感應有關的能量轉化與守恒的問題中,要明确什麼力做功與什麼能的轉化的關系,它們是:
合力做功=動能的改變;
重力做功=重力勢能的改變;重力做正功,重力勢能減少;重力做負功,重力勢能增加;
彈力做功=彈性勢能的改變;彈力力做正功,彈性勢能減少;彈力做負功,彈性勢能增加;
電場力做功=電勢能的改變;電場力做正功,電勢能減少;電場力做負功,電勢能增加;
安培力做功=電能的改變, 安培力做正功,電能轉化為其它形式的能;安培力做負功(即克服安培力做功), 其它形式的能轉化為電能.
等等,具體分析請看圖片
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