高考物理模型臨界條件主要有以下幾種:
1. 繩的張緊與松弛模型:繩的張緊與物體的運動速度有關,速度有變化就會導致繩的張緊或松弛。
2. 桿模型:桿發生轉動或移動,需要一定的條件,當桿受到的合力達到一定值時,桿就會發生轉動或移動。
3. 傳送帶模型:當物體在傳送帶上滑動時,如果物體與傳送帶速度相同,則二者間摩擦力為零;而如果物體速度小于傳送帶速度,則二者間摩擦力不為零,且與相對運動方向相反。
4. 臨界彈簧模型:彈簧發生變化的條件是彈力達到最大值,此時物體間的相互作用力最大或彈簧的彈性勢能最大。
5. 臨界圓周運動模型:物體在最高點時,重力與支持力的合力提供向心力;物體在最低點時,除受到重力外還受到其他的外力作用,且向上的合力提供向心力。
6. 臨界桿模型:物體在桿上發生滑動前做圓周運動時,桿對物體的彈力為零。
以上是高考物理模型中常見的臨界條件,具體模型還需要根據實際情況分析。
題目:一個質量為m的小球用長為L的細線懸掛于O點,小球與懸點O在同一水平面內做勻速圓周運動,細線與豎直方向成一定角度θ。已知重力加速度為g,求小球做勻速圓周運動的周期T。
解答:
小球做勻速圓周運動時,細線的拉力在不斷變化,當細線拉力恰好等于重力沿圓周切線方向的分力時,小球做圓周運動的速度最大。此時,細線的拉力大小為F,方向與豎直方向的夾角為θ+arc cos(mg/F),小球受到的向心力為F向=mv^2/L。
根據牛頓第二定律,有:
$F - mg \sin\theta = m\frac{v^2}{L}$
當速度最大時,F=mg,代入上式可得:
$mg - mg \sin\theta = m\frac{v_{m}^2}{L}$
解得:$v_{m} = \sqrt{gL(1 - \sin\theta)}$
根據周期公式T = 2πr/v,可得:
$T = \frac{2\pi L}{\sqrt{gL(1 - \sin\theta)}}$
當細線拉力小于重力沿圓周切線方向的分力時,小球做圓周運動的速度逐漸減小,直到細線拉力等于重力沿圓周切線方向的分力時,速度減為零。此時,細線的拉力大小為F',方向與豎直方向的夾角為θ-arc cos(mg/F')。因此,小球受到的向心力為F向'=mv'^2/L。
當速度減為零時,F'=mg,代入上式可得:
$mg + mg \sin\theta = m\frac{v'^2}{L}$
解得:$v'^2 = gL(1 + \sin\theta)$
此時小球做圓周運動的周期為T' = 2πr'/v' = 2πL/v'^2 = 2πL/(gL(1 + \sin\theta))。