临界与极值问题 题型一：竖直平面内作圆周运动的临界问题解决这类问题需要注意：我们不能只盯着最高点，而要对小球作全面的、动态的分析，目的就是找出小球最不容易完成圆周运动的关键点，只要保证小球在这一点上恰能作圆周运动，就能保证它在竖直平面内作完整的圆周运动，如此这类临界问题得以根本解决。这一关键点并非总是最高点，也可以是最低点，或其他任何位置。例1如图所示的装置是在竖直平面内放置光滑的绝缘轨道，处于水平向右的匀强电场中，以带负电荷的小球从高h的A处静止开始下滑，沿轨道ABC运动后进入圆环内作圆周运动。已知小球所受到电场力是其重力的34，圆滑半径为R，斜面倾角为，sBC=2R。若使小球在圆环内能作完整的圆周运动，h至少为多少？ 解析小球所受的重力和电场力都为恒力，故可两力等效为一个力F，如图所示。可知F1.25mg，方向与竖直方向左偏下37，从图6中可知，能否作完整的圆周运动的临界点是能否通过D点，若恰好能通过D点，即达到D点时球与环的弹力恰好为零。由圆周运动知识得：即：由动能定理有：联立、可求出此时的高度h。 变式训练1如图所示，细杆的一端与一小球相连，可绕过O点的水平轴自由转动。现给小球一初速度，使它做圆周运动，图中、分别表示小球轨道的最低点和最高点，则杆对球的作用力可能是（ ）A处为拉力，为拉力B处为拉力，为推力C处为推力，为拉力D处为推力，为推力题型二：关于摩擦力的临界与极值问题解决这类问题需要注意：对于临界条件不明显的物理极值问题，解题的关键在于通过对物理过程的分析，使隐蔽的临界条件暴露，从而找到解题的突破口，根据有关规律求出极值。例2如图所示，在电场强度E=5 N/C的匀强电场和磁感应强度B=2 T的匀强磁场中，沿平行于电场、垂直于磁场方向放一长绝缘杆，杆上套一个质量为m=10-4 kg，带电量q=210-4 C的小球，小球与杆间的动摩擦因数=0.2，小球从静止开始沿杆运动的加速度和速度各怎样变化？解析带电小球在竖直方向上受力平衡，开始沿水平方向运动的瞬间加速度：a1=8 m/s2小球开始运动后加速度：a2=qE-(mg-qvB)/m，由于小球做加速运动，洛伦兹力F磁增大，摩擦力Ff逐渐减小，当mg=F磁时，Ff =0，加速度最大，其最大值为：a3=10 m/s2.随着速度v的增大，F磁mg，杆对球的弹力N改变方向，又有摩擦力作用，其加速度：a4=qE-(qvB-mg)/m.可见Ff随v的增大而增大，a4逐渐减小.当Ff=F电时，加速度a5=0，此时速度最大，此后做匀速运动。由qE=(qvB-mg)解得v=15 m/s.结论：小球沿杆运动的加速度由8 m/s2逐渐增大到10 m/s2，接着又逐渐减小到零，最后以15 m/s的速度做匀速运动变式训练2如图所示，质量M4kg的木板长L1.4m，静止在光滑水平面上，其上面右端静止一质量m=1kg的小滑块（可看作质点），滑块与木板间的动摩擦因数0.4，先用一水平恒力F28N向右拉木板，要使滑块从木板上恰好滑下来，力F至少应作用多长时间（g=10m/s2）？变式训练参考答案变式训练1 AB变式训练2s