徐俊田
摘要：物理临界问题在高考物理试题中时有出现。对于物理临界值问题的处理，我们得掌握针对性的方法，同时也应该培养学生分析问题和处理问题的能力。
关键词：临界值；处理方法；问题
物理临界问题虽然在考纲中没有明确提出，但在近几年来的高考物理试题中较频繁地出现。对于物理临界问题的考查主要集中在力和运动两个内容上。通常有两类：一类是具有明显临界点；另一类是临界点不易出现。下面，笔者通过几个例题来说明如何处理物理临界值问题。
例1.如图所示，一个半径为R、质量为m的光滑小球恰好能放在一个质量为M的光滑的圆弧槽中，球半径OA与水平方向夹角为。现用一个水平力拉圆弧槽，使它在动摩擦因数为的水平面上运动。为保证球不离开圆弧槽，F的最大值不能超过多大？
分析：球为什么会离开圆弧槽，在什么情况下会离开圆弧槽？这个问题仍需要从分析受力、分析运动入手。球受到的力只有两个：一个是向下的重力mg，另一个是圆弧槽的支持力F1。球随着圆弧槽在水平方向上做加速运动的过程中，F1的大小将随的大小而变化，其作用点必将偏向左侧，方向指向球心，就一般情况而言，可列出：
上式中的是F1与水平方向的夹角，解此方程组可得。从此式中，我们可发现，随着加速度的不断增大，角将不断减小，F1的作用点也将不断左移，当移到A点时，，角最小。这时的加速度就是球不离开圆弧槽的最大加速度，即。
若圆弧槽的加速度超过这个数值，则球不能与圆弧槽同步做加速运动，将要以A点为支点翻转而脱离圆弧槽了。所以，此题的临界状态就是圆弧槽对球的支持力的作用点移到了A，球的加速度也就是整体的加速度为的状态。这样以整体为研究对象，它在水平方向上受到推力和地面摩擦力的作用，则有
处理方法：本题考查了牛顿第二定律和物理过程的分析能力，解题关键是先找出物理情景发生突变的临界点，球刚要离开圆弧槽的条件是球只受重力和A点的弹力，然后运用牛顿第二定律即可。
处理方法：本题考查物体在竖直平面内做圆周运动时最低点和最高点向心力大小的判断。绳端物体刚好通过最高点的临界条件是物体运动到最高点时重力提供向心力，杆端物体刚好通过最高点的临界条件是物体运动到最高点时，。
例3.如图所示，一个U形长导体框架，宽度L＝1.0m，其所在平面与水平面夹角，其电阻可以忽略不计，设匀强磁场与U形框架的平面垂直，磁感应强度B＝0.20T.今有一条形导体，其质量m＝0.2kg，其有效电阻R＝0.10Ω，跨放在U形框架上，并且能无摩擦地滑动。求：(1)导体下滑的最大速度；(2)在最大速度时，上释放出来的电功率。
分析：导体受重力作用，沿光滑框架下滑，开始运动后，由于切割磁感线而产生感应电动势，与导轨组成的回路里出现感应电流，导体于是受到沿斜面向上的安培力的作用，安培力随着速度增大而增大，使导体所受的合外力逐渐变小，加速度也逐渐变小。当安培力增大到与下滑力平衡时，加速度为零，导体的速度达到最大值，以后匀速滑动。所以，导体达到最大速度的临界条件也是合外力为零。
处理方法：本题考查电磁感应与力学的综合能力，解题的关键是画出导体截面的受力图和判断出棒在斜向下移动过程中所受的安培力大小在变化，当棒的速度达到最大时，受合力为零。
例4.一根劲度系数为k的轻弹簧上端固定，一个质量为m的物体，用水平板将它托住使弹簧处于自然长度，如图所示。现在让木块由静止开始以加速度匀加速向下运动，问经过多长时间木板开始与物体分离？
分析：水平板将物体托住一起向下做匀加速运动时，以物体为研究对象，其合力恒定，由于重力不变，弹簧拉力T增大，所以水平板的支持力逐渐减小，但仍使物体的加速度为。当支持力减小到零以后，弹簧的拉力还会增大，物体的加速度将小于，这时物体与水平板分离，因此，物体加速度从变为小于，这一时刻为临界状态，这时的为临界加速度。
处理方法：本题考查竖直的弹簧在外力作用下弹力变化的特点及物体所受瞬时作用力的分析能力。分离时，两物体间弹力为零，而速度和加速度相等。
总之，解决物理临界问题要综合运用动量守恒、机械能守恒定律、动能定理、功能关系等知识。高考物理临界问题的考查往往比较复杂，必须仔细审读题目、搞清已知条件、判断出临界状态的条件，才能最终解决问题。
(作者单位：贵州省毕节市实验高级中学551700)
论文作者:徐俊田
论文发表刊物:《中学课程辅导·教学研究》2015年7月上供稿
论文发表时间:2015/7/30
标签：圆弧论文; 加速度论文; 物体论文; 临界论文; 导体论文; 安培力论文; 物理论文; 《中学课程辅导·教学研究》2015年7月上供稿论文;