- 高考物理模型临界条件
高考物理模型临界条件主要有以下几种:
1. 绳的张紧与松弛模型:绳的张紧与物体的运动速度有关,速度有变化就会导致绳的张紧或松弛。
2. 杆模型:杆发生转动或移动,需要一定的条件,当杆受到的合力达到一定值时,杆就会发生转动或移动。
3. 传送带模型:当物体在传送带上滑动时,如果物体与传送带速度相同,则二者间摩擦力为零;而如果物体速度小于传送带速度,则二者间摩擦力不为零,且与相对运动方向相反。
4. 临界弹簧模型:弹簧发生变化的条件是弹力达到最大值,此时物体间的相互作用力最大或弹簧的弹性势能最大。
5. 临界圆周运动模型:物体在最高点时,重力与支持力的合力提供向心力;物体在最低点时,除受到重力外还受到其他的外力作用,且向上的合力提供向心力。
6. 临界杆模型:物体在杆上发生滑动前做圆周运动时,杆对物体的弹力为零。
以上是高考物理模型中常见的临界条件,具体模型还需要根据实际情况分析。
相关例题:
题目:一个质量为m的小球用长为L的细线悬挂于O点,小球与悬点O在同一水平面内做匀速圆周运动,细线与竖直方向成一定角度θ。已知重力加速度为g,求小球做匀速圆周运动的周期T。
解答:
小球做匀速圆周运动时,细线的拉力在不断变化,当细线拉力恰好等于重力沿圆周切线方向的分力时,小球做圆周运动的速度最大。此时,细线的拉力大小为F,方向与竖直方向的夹角为θ+arc cos(mg/F),小球受到的向心力为F向=mv^2/L。
根据牛顿第二定律,有:
$F - mg \sin\theta = m\frac{v^2}{L}$
当速度最大时,F=mg,代入上式可得:
$mg - mg \sin\theta = m\frac{v_{m}^2}{L}$
解得:$v_{m} = \sqrt{gL(1 - \sin\theta)}$
根据周期公式T = 2πr/v,可得:
$T = \frac{2\pi L}{\sqrt{gL(1 - \sin\theta)}}$
当细线拉力小于重力沿圆周切线方向的分力时,小球做圆周运动的速度逐渐减小,直到细线拉力等于重力沿圆周切线方向的分力时,速度减为零。此时,细线的拉力大小为F',方向与竖直方向的夹角为θ-arc cos(mg/F')。因此,小球受到的向心力为F向'=mv'^2/L。
当速度减为零时,F'=mg,代入上式可得:
$mg + mg \sin\theta = m\frac{v'^2}{L}$
解得:$v'^2 = gL(1 + \sin\theta)$
此时小球做圆周运动的周期为T' = 2πr'/v' = 2πL/v'^2 = 2πL/(gL(1 + \sin\theta))。
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