一個不可能實現(xiàn)的物理過程

編輯: 逍遙路 關鍵詞: 高中物理 來源: 高中學習網(wǎng)


  在圓周的外軌道編制力學習題時,有時會設計出一些不可能發(fā)生的物理過程。下面通過兩題展示一下這類試題的出錯原因。

  1.如圖 1a所示,光滑圓弧軌道BCD半徑R=50cm,與光滑軌道PAB平滑連接,質量m=250g的小球從h=70cm高處滑下,先后通過A、B后,進入圓弧軌道的外側運動,取g=10m/s2。求小球通過C點時的速度及對軌道的壓力。

  原解分析:如圖1b所示,小球在BC段運動時,重力的分力mgcosθ充當向心力,且越向上運動θ越小,重力分力提供的向心力越大;而越向上運動,由機械能守恒可知小球的速度越小,需要的向心力越小?梢姡酵咛庍\動小球越不容易脫離軌道,真正容易脫離軌道的應該是離最高點C越低一處些的位置。

  結論:小球在最高點(θ=0,cosθ=1)前已與軌道分離,故根本不會經(jīng)過C點,從而也不會在C點時對軌道有壓力。

  同樣的不可能發(fā)生的過程也出現(xiàn)在下面的題目中:

  2.兩個物體的質量分別為 M 和 m (M>m),用細繩連接跨在半徑為 R 的光滑半圓柱的兩端,連接體由圖示位置從靜止開始運動,當 m 到達半圓柱體頂端時對圓柱體的壓力多大?

 

  分析:此解的成立是有條件的,當N=0時,。只有當M<1.4m時,m才會通過最高點,此解成立;當M>1.4m時,小球會提前脫離軌道,而不會沿左側的圓弧面上滑到頂點。

  由于應用“能量關系”解決物理問題時,只是針對“起始”和“終了”兩個狀態(tài)來列式,而不體現(xiàn)中間過程,這樣就使得看起來合理的物理過程有時是不可能存在的。故在圓弧外側編制物理習題時,對物體的運動過程要考慮周全、慎之又慎,避免出現(xiàn)類似上面的問題出現(xiàn)。


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