例谈高中力学中临界问题，本文主要内容关键词为：临界论文,力学论文,高中论文，此文献不代表本站观点，内容供学术参考，文章仅供参考阅读下载。
临界现象是物理中常见现象，也是高考题中热点。何谓临界现象？某种物理现象变化为另一种物理现象或物体的某种特性发生质的飞跃的转折状态成为临界状态。临界状态也可理解为“恰好出现”或“恰好不出现”某种现象的状态。本文拟就高中力学中有关现象作一简要归纳分析。
一、挤压中的临界问题
物体在相互接触过程中，有时有挤压而变形因而有弹力，有时无挤压则没有弹力产生。弹力大小又会随挤压造成的形变程度不同而发生变化。因而在解答弹力问题时就需思考，是否会有临界问题存在。
例1 如图1，一个质量为5kg的光滑球放在质量为20kg的小车中，小车顶板AB与底板CD间距离恰好与小球直径相等，侧壁AD与顶板夹角为45°，整个装置放在光滑水平面上，现对小车施加F=500N.水平拉力。求小球对底板CD、侧壁AD和顶板AB弹力各为多大？
解析 欲求弹力，需对弹力形成挤压过程作分析。
图1
这时 
。
题中所给拉力F=500N，可知小球对侧壁AD及顶板AB有弹力而这时对底板CD弹力为零。
二、摩擦中临界问题
在物体相互摩擦中会由于外力或速度变化影响可能会改变静摩擦力大小及方向，有时也会改变滑动摩擦力方向。因此在处理摩擦习题时就要注意：静摩擦是否可能为零，滑动摩擦是否会发生突变。
例2 如图3物块M通过与斜面平行细绳与物块m相连，斜面倾角α可以改变。讨论物块M对斜面摩擦力大小。则一定有
图3
A.若物块M静止，则α越大，摩擦力越大
B.若物块M静止，则α越大，摩擦力越小
C.若物块M沿斜面下滑，则α越大，摩擦力越大
D.若物块M沿斜面下滑，则α越在，摩擦力越小
解析 A、B两选项是在物块M静止时讨论摩擦力随α角变化，是静摩擦力问题。绳中拉力T=mg不变。但由于Mgsinα大小不定，则有临界变化，当mg=Mgsinα时，f=0。相应由于α变化，则Mgsinα亦随之而变，则摩擦力可变大也可变小。则将选项A、B排除。由于滑动摩擦力f=μmgcosα得知应选D。
三、相遇问题中的临界现象
在追及与相遇问题中，速度相等往往是隐藏于题目中的临界条件，在解答这类习题时我们必须重视。
例3 快车正以20m/s的速度在平直轨道上运行时，发现前面180m处有一货车正以6m/s速度匀速同向行驶，快车立即合上制动器，经40s停下，问是否发生碰车事故？
解析 这个问题不少学生会从40s两车走过距离来比较，结果是不碰车。这是错误的。其原因就是没有注意隐藏着的“速度相等”这个临界条件，即应先求出快车从20m/s降到6m/s用的时间，然后再求出两车在这段时间内走过的距离。因为此时速度已相等，碰与不碰以此为界，再考虑它们位移关系，作出正确判断。这才是正确思路。
因而发生碰车事故，即碰车发生在快车停之前。
四、弹簧形变中的临界现象
例4 如图4，一个铁球从竖立在地面上轻弹簧正上方某处自由下落，接触后弹簧均为弹性形变，那么，当弹簧压缩量最大时
图4
A.球所受合力最大，但不一定大于重力值
B.球的加速度最大，且一定大于重力加速度值
C.球的加速度最大有可能小于重力加速度值
D.球所受弹力最大，且一定大于重力值
解析 首先要弄清自球接触弹簧到压缩量最大这一过程的弹力变化情况。随着被压缩弹力逐渐增大但小于重力，当等于重力时两力平衡，之后弹簧继续被压缩，但弹力已大于重力值直至压缩量最大此时弹力最大。而合力是否最大是否会大于重力值，还需进一步分析。可以抓住存在平衡位置这一临界现象判断。若直接将球放于弹簧上，则弹簧做简谐振动，由于简谐振动的对称性，可得出弹簧被压缩量最大时加速度应等于重力加速度。题中所述的压缩量还要大，容易得出答案B、D。
以上是对几种常见临界问题分析。其实类似现象还存在于竖直面内圆周运动中最高点，滑块以某一速度冲上静置于是平面上长木板等情境中，只要我们能对其中临界现象关注，就能作出正确分析，理清思路，得出结论。
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