殷正徐

(江蘇省沭陽高級中學(xué),江蘇 沭陽 223600)

2016年江蘇高考物理第14題的臨界條件分析

殷正徐

(江蘇省沭陽高級中學(xué),江蘇 沭陽 223600)

本文深入探討今年江蘇高考第14題,從定性和定量兩個(gè)角度分析物體B做直線運(yùn)動(dòng)需要滿足的條件,并指出其臨界條件.

高考物理；直線運(yùn)動(dòng)；臨界條件

2016年江蘇高考物理試題取材平實(shí),但立意高遠(yuǎn),強(qiáng)化對基本概念的理解和學(xué)科思想的應(yīng)用,于平常處見新意.例如第14題斜面上的滑塊問題,既考查了牛頓定律和機(jī)械能守恒定律,又考查了學(xué)生對于速度、位移等基本概念的理解,同時(shí)對學(xué)生的應(yīng)用數(shù)學(xué)解決物理問題能力也提出了較高的要求.學(xué)生常見題型為固定斜面體上物塊沿斜面做直線運(yùn)動(dòng),與之相比第14題的新穎之處在于斜面也是運(yùn)動(dòng)的,此時(shí)物塊一定緊貼斜面運(yùn)動(dòng)嗎？

1 原題呈現(xiàn)

如圖1所示,傾角為α的斜面A被固定在水平面上,細(xì)線的一端固定于墻面,另一端跨過斜面頂端的小滑輪與物塊B相連,B靜止在斜面上．滑輪左側(cè)的細(xì)線水平,右側(cè)的細(xì)線與斜面平行．A、B的質(zhì)量均為m.撤去固定A的裝置后,A、B均做直線運(yùn)動(dòng)．不計(jì)一切摩擦,重力加速度為g．求：

圖1

(1)A固定不動(dòng)時(shí),A對B支持力的大小N；

(2)A滑動(dòng)的位移為x時(shí),B的位移大小s；

(3)A滑動(dòng)的位移為x時(shí)的速度大小vx．

2 定性分析

因題目未限定斜面傾角大小,先用極限推理方法來初步判斷兩物體的可能運(yùn)動(dòng)情況.當(dāng)斜面的傾角α=0時(shí),斜面變成了水平面,撤去固定斜面A的裝置后,A、B仍然保持靜止(而不分離)；如果斜面的傾角α=90°,撤去固定A的裝置后,斜面A在繩子拉力作用下必然向左加速運(yùn)動(dòng),而此時(shí)物塊B只受到豎直方向的重力和繩子拉力,在水平方向加速度為零,故A、B必然分離.

由此可知,斜面體與物塊是否分離存在一個(gè)臨界傾角,只有小于這個(gè)角度物塊才能緊貼斜面運(yùn)動(dòng),而超過這個(gè)角度兩物體將分離.

3 定量推導(dǎo)

如圖2所示,設(shè)斜面傾角為α0時(shí),物塊B與斜面A之間恰無彈力.對斜面A(含滑輪)進(jìn)行受力分析,在水平方向：T-Tcosα0=maA.

圖2

當(dāng)斜面傾角α<α0時(shí),物塊與斜面間存在彈力作用,物塊將緊貼斜面,斜面與物塊均做勻加速直線運(yùn)動(dòng),即為題中所述情景.

圖3

當(dāng)斜面傾角α>α0時(shí),斜面的加速度大于物塊在水平方向的加速度,物塊將脫離斜面做曲線運(yùn)動(dòng),如圖3所示,作用在物塊上的繩子與水平方向夾角逐漸變小,而隨著夾角的減小,斜面的加速度減小而物塊在水平方向的加速度增大,當(dāng)夾角減小到α0時(shí),物塊與斜面又達(dá)到了穩(wěn)定狀態(tài),物塊與斜面間距離保持恒定,物塊B做直線運(yùn)動(dòng).

4 結(jié)語

可見,撤去固定A的裝置后,物塊B未必如題所述做直線運(yùn)動(dòng),只有當(dāng)斜面傾角小于等于臨界值時(shí)才做直線運(yùn)動(dòng).但如若命題者過分追求問題的嚴(yán)密，強(qiáng)調(diào)斜面的傾角小于臨界角,又會偏離本題考查重點(diǎn)，將學(xué)生引向歧途,反而得不償失.顯然命題者也意識到上述問題,所以強(qiáng)制了A、B的運(yùn)動(dòng)形式：“撤去固定A的裝置后,A、B均做直線運(yùn)動(dòng)”,雖然犧牲了一點(diǎn)嚴(yán)密性,卻能讓學(xué)生專注于應(yīng)該思考的問題,顯然是一種明智的選擇.