物理中的极值问题分析在中学物理中,力、热、光、电各部分都包含有极值问题
在近年高考中,几乎每一年都涉及极值问题的分析
分析极值问题是用数学思想处理物理问题的具体体现,常用的分析方法有以下四种:一、几何作图法例1、在运动学中有一个著名的“鸟取食路线”问题
如图1所示,AB 代表高为 H 的树,在树的顶端 A 点处有一只鸟,在树的对面距树 d 米处有一高为 h 的篱笆 EG,地面上晒有谷粒
为了使飞行路线最短,这只鸟应选取哪一条路线啄取谷粒
最短飞行路程是多少
分析:若这只鸟按 A→C1→E 路线取食,则飞行路程为 S1=,作 E 的对称点 F,连接 C1、F,由几何关系可知:S1=
同理,若啄取 C2点的谷粒,则有:S2=,即:不论啄取哪一点的谷粒,飞行路程都等于这一点与 A、F 两点连线距离之和
根据“两点之间直线最短”原理,这只鸟应按 A→D→E 路线取食飞行路程最短
由图可知,最短飞行路程为 Sm==
例2、如图2所示,用细绳 OA 和 OB 把一个质量为m的物体悬挂在天花板上,保持 OA 与竖直方向的夹角 α 不变,把 OB 绳向右移动
则在 OB 绳与竖直方向的夹角 β 从 α+β<90°增加到β=90°的过程中,OB 绳所受的拉力 TB和 OA 绳所受的拉力 TA将( )A、TA一直增加; B、TB一直减小;C、TB先增加后减小;D、TB先减小后增加
分析:如图3 a 所示,物体受到两个力的作用
因绳子对物体向上的拉力 T 到结点 O 处分解为TA、TB,故物体 m 的受力情况可以等效为图3 b 所示的三个力作用
因为在 TA、TB、mg 三个力作用下物体处于平衡状态,所以这三个力的合力为零,这三个力刚好构成一个首尾相连的封闭三角形
在 β 改变的过程中,重力 mg 的大小、方向均不变,TA的方向不变
由图3 c 可知:当 β=0时,TA=0,TB=mg