高中物理力學中幾種常見的臨界問題

　　臨界問題是高中物理中常見的一個問題，所謂臨界狀態是指當物體從一種運動狀態（或物理現象）轉變為另一種運動狀態（或物理現象）的轉折狀態，可理解「恰好出現」或「恰好不出現」，至於出不出現要由題目的具體情況而定。它往往是多個物理過程之間發生變化的轉折點，在這個點的兩側，物體的某些物理條件一般都要發生變化。臨界問題，就是指當物體從一種狀態轉變為另一狀態，某些物理量達到極限取值時，物體所處的狀態或條件發生突變。
　　一、有明顯臨界詞語的臨界問題
　　許多臨界問題常在題目中出現「恰好」「剛好」「剛要」「最大」「至少」「最高」「不相撞」「不脫離」等詞語，對臨界問題給出了明確的提示，我們稱之為臨界詞語，審題時只要抓住了這些特定詞語其內含規律就能找到臨界條件，從而找到問題的突破口。
　　例題：如圖1所示，光滑水平面AB與豎直面內的半圓形導軌在B點相接，導軌半徑為R，一個質量為m的物體將彈簧壓縮至A點後由靜止釋放，在彈力作用下物體獲得某一向右速度後脫離彈簧，脫離彈簧後當它經過B點進入導軌瞬間對導軌的壓力為其重力的7倍，之後向上運動完成半個圓周運動恰好到達C點。試求：物體從B點運動至C點克服阻力做的功。
　　分析：本題中臨界詞語為「恰好」，根據豎直平面內的圓周運動的輕繩模型的特點不難判斷出物體到達C點時僅受重力mg，根據牛頓第二定律有：
　　二、臨界問題中的臨界點確定問題
　　臨界點是一個特殊的轉換狀態，是物理過程發生變化的轉折點，以這個點為界的兩側，物體的某些物理條件一般要發生改變，物體受力情況在某些時候會發生突變，分析此類問題關鍵是分析瞬時狀態前後的受力情況及運動狀態，再由牛頓第二定律求出瞬時加速度。能否在臨界點正確分析其運動規律是解覺這類問題的關鍵，所以確定臨界點就顯得尤為重要。
　　例題：一個彈簧台秤的秤盤質量和彈簧質量都不計，盤內放一個物體P，物體P的質量m=12 kg，彈簧的勁度係數為k=800 N/m，系統處於靜止狀態，如圖2所示，現給P施加一個豎直向上的力F，使P從靜止開始向上做勻加速直線運動，已知在前0.2 S內F是變力，在0.2 S以後是恆力。求F的最小值和最大值各是多少？（g=10m/s2）
　　解析：找出0.2S這個臨界點，由題意知在t=0.2S內F是變力，在t=0.2S以後F是恆力，即在0.2S時物體依然和秤盤接觸，但此時P受到的支持力為零，且在此時刻秤盤和物體P加速度相同，在下一個瞬間P將和盤分離，此為解題的關鍵點。設物體在勻加速這段時間內向上運動的距離為x，對物體P由牛頓第二定律可得： F+N-mg=ma，在0.2時N=0，即mg=F，所以求得x=mg/k。
　　而，所以求得a=7.5m/s2。
　　當P開始運動時拉力最小，此時Fmin=90N；
　　當P與盤分離時拉力F最大，此時Fmax= 210N。
　　授人以漁，故掌握一種方法才是最重要的，讓學生學會解決問題的方法比學會知識更重要。學生一旦歸納和熟悉了臨界狀態的力、運動的特徵，就能更加快速、準確地找出其關係，列出方程，進而掌握解決這種題型的技巧。