物理中的极值问题
初中物理极值题型归纳总结
初中物理极值题型归纳总结在初中物理学习中，极值问题是一类常见的题型，也是学生们比较容易遇到的难题之一。
本文将对初中物理中的极值题型进行归纳总结，帮助同学们更好地应对此类题目。
一、最大值与最小值在物理问题中，最大值和最小值往往代表着某种物理量的极端情况，是我们需要求解的目标。
以下是一些常见的最大值和最小值问题：1. 最大值问题最大值问题通常涉及到寻找某一物理量在给定条件下的最大取值。
例如，求解一个抛体的最大高度、求解电阻的最大功率等。
对于这类问题，可以采用以下思路来解决：（1）列出问题的相关条件或约束；（2）根据条件或约束，得出物理量的表达式；（3）对表达式求导，找到极值点；（4）通过适当的方法，判断得到的极值点是否满足最大值的条件。
2. 最小值问题最小值问题与最大值问题类似，但是求解的是物理量的最小取值。
例如，求解一个弹簧的最小压缩量、求解电路中电流的最小值等。
解决最小值问题可以按照以下步骤进行：（1）列出问题的相关条件或约束；（2）根据条件或约束，得出物理量的表达式；（3）对表达式求导，找到极值点；（4）通过适当的方法，判断得到的极值点是否满足最小值的条件。
二、具体题型分析1. 坡度问题坡度问题是一种常见的极值问题，通常涉及到物体在斜坡上运动的情况。
在解决坡度问题时，可以根据题目所给条件，利用力学知识和相关公式进行推导和计算。
以某个斜坡上的物体滑动时所具有的最大速度为例，可以通过以下步骤进行解答：（1）根据题目给出的条件，列出物体所受到的力；（2）根据牛顿第二定律，建立物体的运动方程；（3）通过求解运动方程，得到最大速度的表达式；（4）对表达式求导，并求解得到的导数为零的点，即可得到最大速度的取值。
2. 三角函数问题三角函数问题是另一种常见的极值问题类型，通常涉及到角度的取值范围以及某一物理量的极值。
在解决三角函数问题时，需要对三角函数的性质和恒等式有一定的了解。
例如，求解一个正弦函数在给定范围内的最大值，可以按照以下步骤进行：（1）根据给定的范围，列出正弦函数的表达式；（2）对表达式求导，并求解得到的导数为零的点；（3）通过判断该点是否满足最大值的条件，确定极值点的取值。
探讨高中物理极值问题优秀获奖科研论文
探讨高中物理极值问题优秀获奖科研论文物理极值问题，就是求某物理量在某过程中的极大值或极小值.物理极值问题是中学物理教学经常遇到的一个重要内容，在高中物理的各部分均出现，涉及的知识面广，综合性强，对学生的综合分析能力和应用数学解决物理问题的的能力要求较高，另外加之学生数理结合能力差，物理极值问题已成为中学生学习物理的难点.解决这类问题有两种思考途径：一是极值问题的物理解法；二是极值问题的数学解法，笔者主要讨论后者情况.在中学物理中，描述某一过程或者某一状态的物理量，在其发展变化中，由于受到物理规律和条件的制约，其取值往往只能在一定的范围内才符合物理问题的实际，求这些量的值的问题便可能涉及到要求物理量的极值.求解物理极值问题，通常涉及到的主要数学知识有：点到直线的距离最短、两数的几何平均值小于或等于它们的算术平均值、二次函数求极值的方法、求导数、三角函数、几何作图法、有关圆的知识等.在求解物理极值过程中要想实际物理过程与数学知识进行灵活的结合，充分发挥数学的作用，往往要进行数学建模.数学建模就是用数学语言描述实际现象的过程，对物理规律或物理概念的描述提供了最简洁、最准确的表达方式，而且在内容上能表述得深刻、精确、简捷.物理问题用图象来描绘，利用图象的直观性，既明了又简捷，往往对问题的解决起到事半功倍的效果. 例略.此外，还有利用不等式、利用三角函数的有界性、利用数学求导的方法、利用向量、利用几何圆等求极值的方法，限于篇幅，这里不再一一列举.以上求极值的方法是解高中物理题的常用数学方法.在使用中，还要注意题目中的条件及“界”的范围.求最大和最小值问题，往往是物理学公式结合必要的教学知识才得出结论，这就要求学生不仅理解掌握物理概念、规律，还要具备运用数学知识解决物理问题的能力.解决极值问题的关键是扎实掌握高中物理的基本概念、基本规律，在分析清楚物理过程后，再灵活运用所学的数学知识.综上所述，无论采用何种方法解物理极值问题，首先都必须根据题意，找出符合物理规律的物理方程，这也是解决物理问题的核心，决不能盲目地将物理问题纯数学化.“本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文”。
物理临界极值问题归纳总结
物理临界极值问题归纳总结在物理学中，临界极值问题是一类重要而常见的问题，涉及到各种自然现象和物理过程。
在本文中，我们将对一些典型的临界极值问题进行归纳总结，探讨其背后的物理原理和应用。
1. 能量最小问题当一个物体在受到外力作用下移动时，其可能存在最小能量的位置。
例如，在沿着一条曲线从A点到B点的过程中，求物体在这条曲线上，哪个位置可以实现最小的势能状态。
这种求解问题可以使用变分法或者利用物理原理进行分析。
2. 速度最大问题速度最大问题在机械运动学中经常出现。
例如，一个物体自由下落，求其在离地面一定高度时的速度达到最大值。
这类问题可以通过求解速度函数的导数为零的点，找到极值点，并验证其是否是最大值。
3. 加速度最大问题加速度最大问题与速度最大问题类似，但是关注的是物体的加速度达到最大值的情况。
例如，在自由下落的过程中，求物体离地面一定高度时其加速度达到最大值。
可以通过求解加速度函数的导数为零的点来找到极值点。
4. 碰撞问题碰撞问题是临界极值问题中的一个重要分支，涉及到两个或多个物体之间的相互作用。
例如，求两个物体碰撞后的速度以及碰撞瞬间的能量损失。
这类问题可以通过守恒定律和碰撞动量定律来分析，从而得到系统的临界极值情况。
5. 光线折射问题光的折射现象也涉及到一种临界极值问题。
例如，光线从一个介质进入另一个介质时，求解光线的入射角和折射角之间的关系。
这类问题可以利用斯涅尔定律和临界角的概念来解决。
6. 流体力学中的临界极值问题流体力学研究中也存在临界极值问题。
例如，在管道中液体流动速度达到最大值的问题，或者通过调整管道中的形状，使得流体的流量达到最大值。
这类问题可以通过应用伯努利方程和连续性方程来解决。
通过对上述几类典型的临界极值问题进行总结与归纳，我们可以看到它们在物理学研究和应用中的重要性。
在实际问题中，临界极值问题的解决可以帮助我们了解自然现象背后的物理规律，并且为工程设计和科学研究提供有力支持。
高中物理中的极值问题
物理中的极值问题武穴育才高中 刘敬随着高考新课程改革的深入及素质教育的全面推广，物理极值问题成为中学物理教学的一个重要内容，作为对理解、推理及运算能力都有很高要求的物理学科，如何提高提高学生思维水平，运用数学知识解决物理问题的能力，加强各学科之间的联系，本文筛选出典型范例剖析，从中进行归纳总结。
极值问题常出现如至少、最大、最短、最长等关键词，通常涉及到数学知识有：二次函数配方法，判别式法,不等式法，三角函数法,求导法,几何作图法如点到直线的垂线距离最短,圆的知识等等。
1．配方法：a b ac a b x a c bx ax 44)2(222-++=++ 当a ＞0时，当2b x a =-时，y min =ab ac 442- 当a ＜0时当2b x a =-时，y max =ab ac 442- 2.判别式法：二次函数令0≥∆，方程有解求极值.3.利用均值不等式法：ab 2b a ≥+ a=b 时， y min =2ab4.三角函数法：θθcos sin b a y +==)sin(22θϕ++b a当090=+θϕ，22max b a y += 此时，ba arctan =θ 也可用求导法：ba b a y arctan 0sin cos ==-='θθθ，得令 5.求导法：对于数学中的连续函数，我们可以通过求导数的方式求函数的最大值或最小值.由二阶导数判断极值的方法．某点一阶导数为0，二阶导数大于0，说明一阶导数为增函数，判断为最小值；反之，某点一阶导数为0，二阶导数小于0，说明一阶导数为单调减函数，判断此点为最大值．6.用图象法求极值通过分析物理过程所遵循的物理规律，找到变量之间的函数关系，作出其图象，由图象求极值。
7.几何作图法研究复合场中的运动，可将重力和电场力合成后，建立直角坐标系，按等效重力场处理问题。
研究力和运动合成和分解中，可选择合适参考系，将速度及加速度合成，结合矢量三角形处理问题。
专题极值法-高中物理八大解题方法含解析
高中物理解题方法之极值法高中物理中的极值问题，是物理教学研究中的活跃话题。
本文通过例题归纳综合出极值问题的四种主要解法。
一、 二次函数求极值二次函数a ac b a b x a c bx ax y 44)2(222--+=++=，当ab x 2-=时，y 有极值ab ac y m 442-=，若a>0，为极小值，若a<0，为极大值。
例1试证明在非弹性碰撞中，完全非弹性碰撞(碰撞后两物体粘合在一起)动能损失最大。
设第一个物体的质量为1m ，速度为1V 。
第二个物体的质量为2m ，速度为2V 。
碰撞以后的速度分别为'1V 和'2V 。
假使这四个速度都在一条直线上。
根据动量守恒定律有：'+'=+22112211V m V m V m V m （1）如果是完全非弹性碰撞，两物体粘合在一起，（1）则变为V m m V m V m '+=+)(212211，即212211m m V m V m V ++=' （2）现在就是要证明，在满足（1）式的碰撞中，动能损失最大的情况是（2）式。
碰撞中动能损失为ΔE k =()22()22222211222211'+'-+vm v m v m v m （3） 转变为数学问题：ΔE k 为v 的二次函数:由（1）得：v 2ˊ=2112211)(m v m v m v m '-+ （4）将（4）代入（3）得：k =++++-'12221112'1211)(2)(v m v m v m m v m m m m [2222112222112)(22m v m v m v m v m +-+] 二次函数求极值,当v 1ˊ=)()(212211m m v m v m ++ （5） 时∆E k 有极大值。
回到物理问题,将（5）代入（4）得v 2ˊ=)()(212211m m v m v m ++此两式表明,m 1和m 2碰后速度相等,即粘合在一起,此时动能损失(ΔE k )最大。
物理极值问题的求解方法
物理极值问题的求解方法随着教改的不断深入，物理教学更加结合实际，物理习题的题型不断拓宽。
在中学物理竞赛及高考试卷中都出现了一些具有一定难度的求极值问题。
求极值的一般方法是用导数求解。
但中学生还没有学过关于异数的数学知识。
本专题将分若干小专题，分别介绍符合中学生数学基础的解决极值问题的方法。
一、几何法求极值在初中几何中我们曾经学过“点到直线的距离以垂线为最短。
”此结论对于求极小值问题，是一条捷径。
直距离为a，A起航时与B船相距为b，b>a 。
如果略去A船起动时的加速过程，认为它一起航就匀速运动。
则A船能拦截到B船的最小速率为多少？分析与解：分析本题是两个运动物体求它们之间的相对位置的问题。
若以地球为参照系，两个物体都运动，且运动方向不一致，它们之间的相对位置随时间变化的关系比较复杂，一时不容易做出正确的判断与解答。
但如果把参照系建立在某一运动的物体上，（如B上）由于以谁为参照系，就认为谁不动，此题就简化为一个物体，（如A）在此运动参照系的运动问题了。
当然解一个物体的运动问题比解两个物体都运动的问题自然容易多了。
以B为参照系，B不动，在此参照系中A将具有向左的分速度υ0，如图1-2所示。
在此参照系中A只要沿着PB方向就能拦截到B 。
应用“点到直线的距离以垂线为最短”的结论。
过O点作PB的垂线，交PB于E点，OE即为A船对地的速度的最小值υA，在△AOE中∵υA=υ0Sinθ而∴，由于灵活运用了几何知识，使较为复杂的问题，变为简单的几何问题了。
例2.如图1-3所示，重为G的物体与水平地面的动摩擦因数为μ，欲以一个拉力F使物体沿地面匀速前进。
问F与水平地面的夹角θ为何值时最省力？这个最小拉力是多大？分析与解：画出物体的受力分析图，如图1-4所示。
物体受到四个力的作用。
有重力G、拉力F、地面的支持力N及地面对物体的滑动摩擦力f，其中f=Nμ。
这四个力为共点力，合力为零。
可将N与f合成为一个力N′，N与f的作用将被N′等效，N′与N、f的关系满足平行四边形法则。
中学物理中极值问题解法种种
中学物理中极值问题解法种种卢小柱极值问题是中学物理中一类内容丰富、难度较大和技巧性较强的物理问题.它要求学生的基础知识和基本技能较熟练,并有较强的综合分析问题和解决问题的能力,以及能熟练地运用数学知识解答物理问题.下面对常见的极值问题的解法作一归纳,以供参考.1.配方法若题中物理量的变化规律可表示为二次函数y=ax 2+bx+c 的形式,则经配方有y=a(x+b a 2)2+442ac b a -.若a>0,则当x=-b a 2时,y 有极小值y min =442ac b a-;若a<0,则当x=-b a 2时,y 有极大值y max =442ac b a-.例1 甲、乙两辆汽车同方向行驶,甲在乙前50m 处以速度20m/s 作匀速直线运动, 乙车的初速度为4m/s,加速度为8m/s 2.试问什么时候甲车在前时,两车相距最远?最远距离是多少?解: 设运动时间为ts,由运动学公式有 甲的位移为s 1=20t, 乙的位移为s 2=4t+4t 2两车相距∆s=s 1+50-s 2=50+20t -4t -4t 2=-4t 2+16t+50=-4(t -2)2+66 当t=2s 时, ∆s 有极大值为 ∆s max =66m.例2 如图1所示的电路中,电源内阻为r,电动势为ε,则当变阻器电阻R 为何值时,电源输出功率最大?解: 电源输出功率为P=I 2R=(εR r +)2R=ε2222R R Rr r ++ 分母配方后得:P=ε224(/)R r R r-+故当R r R =/,即R=r 时,分母最小,P 最大.P max =ε24r.2.判别式法若物理量的变化关系为二次函数,或者通过巧妙的变换能使物理量出现二次项,则可利用判别式∆=b 2-4ac 来求解.当∆≥0时有实根,∆=0时取极值.例3 火焰与光屏之间的距离是L,在它们中间放有一个凸透镜,其焦距为f.试证明,要使火焰在光屏上成清晰像,则L 至少要为4f.证明:设物距为u,像距为v,则u+v=L ……①由成像公式有:111u v f+= ……②由①②得:u 2-Lu+Lf=0故要成实像,则必须∆=L 2-4Lf ≥0,解得L 最小为4f.例4 如图2所示,顶角为2α的光滑圆锥置于磁感应强度为B 、方向竖直向下的匀强磁场中.现有一质量为m 、带电量为+Q 的小球沿圆锥面在水平面内作匀速圆周运动,求小球作圆周运动的最小半径.解: 小球受力如图,建坐标.由圆周运动知识得x 方向有: f -Ncos α=m v R2……①y 方向有: Nsin α-mg=0 ……②又f=QvB ……③由①②③得: mv 2-QBRv+mgRctg α=0要方程有实数解,则∆=Q 2B 2R 2-4m 2gRctg α≥0 解得:R ≥4222m gctg Q B α,故轨道半径的最小值为R min =4222m gctg Q B α.评注：配方法和判别式法是两种最常用的求解极值问题的方法.一般在求解某极值所满足的条件或某个具体的极值时,可用此法.其解题关键是先由题意列方程,写出一元二次方程式.3.不等式法若题中遇到两个物理量(或两项)的和或积为定值,求相应物理量的极值问题,可以用不等式法来解.其数学原理为:设有变量a,b,且a>0,b>0,则(1) 一定有a ·b ≤(a b +2)2,如果a+b=P(定值),则当a=b 时,a ·b 有极大值为P 2/4;(2)一定有a+b ≥2ab ,如果a ·b=P(定值),则当a=b 时,a+b 有极小值为2P .例5 如图3,粗细均匀的玻璃管长L=100cm,开口向上竖直放置,上端齐管口有一段长为h=25cm 的水银柱封闭着27℃的空气柱.现使空气柱温度逐渐升高,问欲使管内水银全部溢出,温度至少升至多高?(P 0=75cmHg)解: 设管内温度升高到TK 时,管内尚有水银xcm,管的横截面积为S,由气态方程有()()P h L h S T 00+-=()()P x L x ST 0+-代入数据并整理得:T=()()7510025+-x x∵(75+x)+(100-x)=175为常数,∴当75+x=100-x,即x=12.5cm 时,T 有极大值为T max =306.25K例 6 有一辆汽车由甲站出发作匀加速直线运动到达乙站,两站相距S 0.如果加速度a 与汽车每秒的耗油量x 之间的关系为:x=αa+β(α>0,β>0).则汽车在全程中最小耗油量为多少？解: 汽车运动时间为t=20S a , 故总耗油量为Q=xt=(αa+β)20S a两边平方得:Q 2=(αa+β)2·2S 0/a=2S 0(α2a+2αβ+β2/a)要Q 最少,即要求α2a+β2/a 最小,∵α2a ·(β2/a )= α2β为常数,∴当α2a=β2/a,即a=β/α时,Q 有最小值Q min =220S αβ.评注：不等式法是一种巧妙地求解极值问题的好方法.运用此法的关键是设法找出(或有意地设置)积或和为定值的两项表达式.如6+x -x 2可转化为(3-x)(2+x),两项因式的和为定值;又例2中, P=(εR r +)2R 也可转化为ε22(/)R r R +,这样R 和r R 两项的积成了定值.图2图3然后再选用相应的公式来解.4.三角函数法由三角函数的性质有:y=asin θ+bcos θ=a b 22+sin(θ+ϕ),其中ϕ=arctg(b/a).当θ+ϕ=π/2时,函数有极大值y max =a b 22+;当θ+ϕ=0时,函数有极小值y min =0.例7 如图4,质量为m 的物体放在地面上,它们之间的动摩擦因素为μ,用力F 拉物体,使物体在地面上作匀速运动,力与水平地面间的夹角α多大时,所需力F 最小?解: 分析物体受力如图,由∑F=0得 Fcos α-f=0 ……① Fsin α+N -mg=0 ……②f=μN ……③由①②③得:F=μαμαmg cos sin +=μμαϕmg 12++sin(),其中tg α=μ∴当α+ϕ=π/2,即α=arctg μ时,F 有极小值为F min =μμmg 12+. 5.图解法图解法就是根据物理量之间的几何关系,或物理量与时间等的变化图线(如v −t 图线,s −t 图线)等,利用几何知识或图线的物理意义来求解的一种方法.例7 一条笔直的河流,水流速度为v 1,船在静水中的速度为v 2,且v 1>v 2,若要船过河时航程最短,则航向(船头指向)与河岸方向的夹角α为多少?解: 如图5所示,要航程最短,也就是要船的合速度方向与垂直河岸方向的夹角最小.如图,以v 1的矢端A 点为圆心,以v 2的大小为半径作圆弧,然后过O 点作圆弧的切线,切点为B.则当航向为AB 时,合速度方向OB 与垂直河岸方向的夹角最小,航程最短.∴cos α=v v 12,α=arccos vv 12.例8 A 、B 两车停在同一站,某时刻A 以2m/s 2的加速度匀加速开出,3s 后B 以3m/s 2的加速度与A 同向开出.问B 车追上A 车之前,在A 运动后多少时间两车相距最远?最远距离为多少?解: 根据题意作出A 、B 两车的v −t 速度如图6所示. 由图可知,当t=9s 时,A 、B 相距最远.最远距离为∆S max =12⨯3⨯18=27(m). (即阴影三角形面积)评注：用图解法求解极值问题具有简洁、生动的特点.通过分析图线的物理意义能使物理关系一目了然,因而避免了繁杂的数学运算.运用图解法的关键是选择好合适的图象.6.数形结合法例9 在地面上以初速2v 0竖直上抛一物体A 后,又以初速v 0竖直上抛另一物体 B.若要两物体在空中相遇,则两物体抛出的时间间隔的极大值和极小值分别是多少?1图6解: 以A 物抛出时开始计时,时间间隔为∆t,则两物体的位移分别为:S A =2v 0t-12gt 2,S B =v 0(t-∆t)-12g(t-∆t)2 分别作出上面两函数的图线如图7所示,要两物体相遇,即要求两图线有交点.移动图B,很快可看出时间间隔的最小值和最大值分别为:∆t min =20v g , ∆t max =40v g评注：数形结合法就是结合物理量所满足的函数表达式及其图线来解题的一种方法.它实际上是一种综合性的解题方法.它在分析函数表达式时,通过借助函数图象来帮助理解,从而使解题过程简化.7.临界值法在有些问题中,若所求物理量的极值与这一物理量或其它量的临界值有关,这时可以假设恰好达到临界值,从而求出相关物理量的极值.例10 如图8,一半圆形碗内壁光滑,半径为R,一小球从碗口由静止下滑.当球与圆心的连线跟竖直方向的夹角α为何值时,其竖直分速度最大?解: 分析小球受力如图.竖直方向建y 轴.则y 方向有: mg-Ncos α=ma y随着Ncos α的增大, a y 逐渐减小,v y 逐渐增大,其临界值就是: a y =0,即Ncos α=mg 时,v y 有最大值. 又由圆周运动知识有:N-mgcos α=m vR 2由机械能守恒有:mgRcos α=12mv 2由以上方程式解得:cos α=33,所以α=arccos 33例11 如图9,质量为M=4Kg 的木板长为L=1.4m,静止在光滑水平面上,其上面右端静置一质量为m=1Kg 的小滑块(可视为质点).小滑块与木板间的动摩擦因素为μ=0.4,现用一水平恒力F=28N 向拉木板,要使小滑块从木板上滑下来,此力至少需作用多少时间?(g=10m/s 2)解: 要滑块滑下来,其临界值就是恰好滑下来或恰好不滑下来.这时两者速度恰好相等,滑块相对木板的位移恰好为L,对应的时间就是最短时间.再分析木板,在外力作用下由静止开始向右加速,其加速度必定大于滑块的加速度,故任意时刻其速度必定大于滑块速度,而到达临界值时两者速度相等,故木板的运动形式是先在拉力F 作用下作匀加速运动,然后撤去F 后,作匀减速运动,即外力F 只需作用一段时间t 后便可撤去.对系统: Ft=(M+m)v 共 ……①图7图8FS M -μmgL=12(M+m)v 共2 ……②对M: S M =12a M t 2=F mg Mt -μ22……③ 由①②③解得t=1s.评注：例11中,学生的常见错误就是认为外力需要一直作用,直到滑块从木板上掉下来.但通过临界值法的分析,发现F 实际上只需作用一段时间后,木板可继续运动直至滑块滑落.因此,灵活运用临界值分析法,可以使隐蔽的极值问题得到暴露,使解题时少走弯路.另外,该题中审题时要注意区别“要m 脱离M,F 作用的最短时间”与“要m 脱离M 的最短时间”.8.其它方法求解极值问题的方法很多.比如还有单调函数在某一区间内的两端点时取极值;体积一定时,球面积最小;面积一定时,球体积最大;通过某两点的所有圆周中,以这两点为直径的圆面积最小;等等.例12 如图10,水面上有一半径为r 的圆形木板,在圆心的正上方高h 处有一点光源S.光线射入水中后,在水底平面上形成半径为R 的圆形阴影.设水深为H,水的折射率为n,当h 改变时,求阴影的最大半径.解: 由图可知sin i r r h =+22,sin ()γ=-+-R rH R r 22 ∴折射率为: n=r H R r R r r h 2222+--+()() 整理得: R=r H r n n h 2222221()-++r 由R 的表达式可看出,R 是关于h 的单调递减函数,当h=0时,R 最大为R max =Hn r 21-+例13 一带电质点,质量为m,电量为q,以平行于ox 轴的速度v 从y 轴上的a 点射入图中第一象限所示的区域,为了使该质点能从x 轴上的b 点以垂直于ox 轴的速度v 射出,可在适当的地方加一个垂直于xy 平面、磁感强度为B 的匀强磁场,若此磁场仅公布在一个圆形区域内,试求这圆形磁场区域的最小半径.不计粒子重力.解: 质点在磁场中受洛仑兹力作用,作匀速圆周运动有 qvB=m v R 2,∴R=mvqB根据题意,质点在磁场区域中的运动轨道是半径为R 的圆上的1/4圆周(图中虚线所示),这段圆弧应与入射方向和出射方向的速度相切,如图,切点为M 、N.则与这两条直线相距R 的O '点就是圆周的圆心.又由数学知识可知,在通过M 、N 两点的不同圆周中,面积最小的一个是以MN 为直径的圆,即为所求的最小磁场区域,如图实线所示.其半径为:图9S图10∙ x 图11r=12=1222R R+=22R=22⋅mvqB总之,在处理极值问题时,一般都要先分析题意列方程,写出函数表达式,然后再根据函数表达式的特点,选用合适的方法来解.因此,只要我们平时注意了这方面知识的积累,总是可以解答出来的.。
物理极值问题
物理极值问题
物理极值问题是一个物理量在某过程中的最大或最小值的问题，这是高中物理教学中的重要内容，涉及到的领域包括力学、热学、电学等，并且这一问题的难度较大，对学生的学习综合实力和数学结合能力有较高要求。
在求解极值问题时，我们通常从以下几个方面进行思考：
首先，当物理量达到极值时，该物理系统处于平衡状态，例如汽车以恒定功率启动最后会达到最大速度；其次，当物理量达到极值时，可能存在另一物理量为零的情况，例如从高处掉落的小球掉在竖直放置的弹簧上，当加速度为零时速度最大，而速度为零时加速度最大；第三，瞬时速度相等时，物理量也可能达到极值，例如在一物体撞上中间有弹簧的另一物体时，当两者速度相等时弹簧的弹性势能最大；最后，当物理量达到极值时可能会出现临界状态，如光的折射中入射角变化达到全反射的情况。
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物理中的极值问题1．物理中的极值问题：物理试题常出现如：至少、最大、最短、最长等物理量的计算，这类问题就属于极值问题。
其处理是高考试题中是常见的，本专题以此作为重点，试图找出处理该问题的一般方法。
2．物理中极值的数学工具：（1）y=ax 2+bx+c 当a ＞0时，函数有极小值 y m in =ab ac 442-当a ＜0时，函数有极大值 y m ax =ab ac 442-（2）y=x a +bx 当ab =x 2时，有最小值 y m in =2ab （3）y=a sin θ+b cos θ=22b a + sin （)θϕ+ 当θϕ+=90°时，函数有最大值。
y m ax =22b a + 此时，θ=90°-arctan ab（4）y =a sin θcon θ=21a sin2θ 当θ=45°时，有最大值：y m ax =21a 3．处理方法：（1）物理型方法：就是根据对物理现象的分析与判断，找出物理过程中出现极值的条件，这个分析过程，既可以用物理规律的动态分析方法，也何以用物理图像发热方法（s-t 图或v-t 图）进而求出极值的大小。
该方法过程简单，思路清晰，分析物理过程是处理问题的关键。
（2）数学型方法：就是根据物理现象，建立物理模型，利用物理公式，写出需求量与自变量间的数学函数关系，再利用函数式讨论出现极值的条件和极值的大小。
4．自主练习1．如图所示，在倾角为300的足够长的斜面上有一质量为m 的物体，它受到沿斜面方向的力F 的作用。
力F 可按图（a ）、（b ）（c ）、（d ）所示的四种方式随时间变化（图中纵坐标是F 与mg 的比值，力沿斜面向上为正）。
已知此物体在t =0时速度为零，若用v 1、v 2 、v 3 、v 4分别表示上述四种受力情况下物体在3秒末的速率，则这四个速率中最大的是（ ）A 、v 1B 、v 2C 、v 3D 、v 42．一枚火箭由地面竖直向上发射，其v ~t 图像如图所示，则A ．火箭在t 2—t 3时间内向下运动B ．火箭能上升的最大高度为4v 1t1vv 2C ．火箭上升阶段的平均速度大小为212v D ．火箭运动过程中的最大加速度大小为23vt3．如图所示，一质量为M ，倾角为θ的斜面体放在水平面上，质量为m 的小木块（可视为质点）放在斜面上，现用一平行于斜面的、大小恒定为F 的拉力作用于小木块，拉力在斜面所在平面内绕小木块旋转一周的过程中，斜面体和小木块始终保持静止状态，则下列说法正确的是 （ ）（A（B （C （D4．如图7（a ）所示，用一水平外力F 拉着一个静止在倾角为θ的光滑斜面上的物体，逐渐增大F ，物体做变加速运动，其加速度a 随外力F 变化的图像如图7（b ）所示，若重力加速度g 取10m/s 2。
根据图（b ）中所提供的信息可以计算出（ ） A ．物体的质量 B ．斜面的倾角 C ．物体能静止在斜面上所施加的最小外力D ．加速度为6m/s 2时物体的速度5．重物 M,长杆的一端放在地上通过铰链连接形成转轴,其端点恰好处于左侧滑轮正下方O 点处,在杆的中点C 处拴一细绳,通过两个滑轮后挂上重物M 。
C 点与O 点距离为L ,现在杆的另一端用力使其逆时针匀速转动,由竖直位置以角速度ω缓慢转至水平(转过了90°角),此过程中下述说法正确的是（ ） A.重物M 做匀速直线运动B.重物M 做匀变速直线运动C.重物M 的最大速度是ωLD.重物M 的速度先减小后增大6．一物体静止在光滑水平面上，同时受到两个方向相反的水平拉力F 1、F 2的作用，F l 、F 2随位移变化，如图所示．则物体的动能将［ ］ A ．一直变大，至20m 时达最大 B ．一直变小，至20m 时达最小C ．先变大至10m 时最大，再变小D ．先变小至10m 时最小，再变大7．一个矩形金属框MNPQ 置于xOy 平面内，平行于x 轴的边NP 的长为d ，如图（a ）所示。
空间存在磁场，该磁场的方向垂直于金属框平面，磁感应强度B 沿x 轴方向按图（b ）所示规律分布，－图（a ） ）图（a ） B 图（b ）x 坐标相同各点的磁感应强度相同。
当金属框以大小为v 的速度沿x 轴正方向匀速运动时，下列判断正确的是( )。
（A ）若d =l ，则线框中始终没有感应电流（B ）若d = 12l ，则当线框的MN 边位于x = l 处时，线框中的感应电流最大（C ）若d = 12l ，则当线框的MN 边位于x = 14l 处时，线框受到的安培力的合力最大（D ）若d = 32l ，则线框中感应电流周期性变化的周期为 lv8．如图8所示，R 1为定值电阻，R 2为最大阻值为2R 1的可变电阻。
E 为电源电动势，r 为电源内阻，大小为r ＝R 1。
当R 2的滑动臂P 从a 滑向b 的过程中，下列说法正确的是（ ） A ．当212R R =时，R 2上获得最大功率 B ．当12R R =时，R 2上获得最大功率C ．电压表示数和电流表示数之比逐渐增大D ．电压表示数和电流表示数之比保持不变9．如图所示，四根相同粗细的均匀玻璃管内有水银柱封住一部分空气，水银柱长度h 1＝h 3＞h 2＝h 4，气柱长度L 3＝L 4＞L 1＝L 2，管内气体温度t 1＝t 3＝20︒C 、t 2＝t 4＝30︒C 。
当管内气体温度都下降10︒C 时，管内水银柱下降最多的是 （ ） （A ）a 管 （B ）b 管 （C ）c 管 （D ）d 管10．如图所示，B 是质量为2m 、半径为R 的光滑半球形碗，放在光滑的水平桌面上。
A 是质量为m 的细长直杆，光滑套管D 被固定在竖直方向，使A 可以自由上下运动，物块C 的质量为m ，紧靠半球形碗放置。
初始时，A 杆被握住，使其下端正好与碗的半球面的上边缘接触。
然后从静止开始释放A ，A 、B 、C 便开始运动，则长直杆的下端第一次运动到碗内的最低点时，B 、C 水平方向的速度为 ，在运动的过程中，长直杆的下端能上升到的最高点距离半球形碗内底部的高度是 。
11．如图所示，一根长L =25cm 的均匀细杆OB ，可以绕通过其一端的水平轴O 在竖直平面内转动，杆最初处于水平位置，杆上离O 轴a =5cm 处放有一小物体（视为质点），杆与其上的小物体均处于静止状态。
若此杆突然以角速度ω匀速绕O 轴顺时针转动．则为使小物体与杆不相碰，角速度ω不能小于临界值________rad/s ，若杆以这个临界角速度ω0转动，设经过时间t ，小物体在竖直方向上与杆上某点的距离最大（设杆的转动角度不超过90°），试写出求解这个t 的方程:_______________________（用a 、g 、t 和ω0来表示）．B图8h h h h L L L L a b c d12．如图所示，粗糙程度均匀的绝缘斜面下方O 点处固定一正点电荷，带负电的小物体以大小为V 1的初速度从M 点沿斜面上滑，到达N 点时速度为零，然后下滑回到M 点，此时速度大小为V 2。
若小物体电荷量保持不变，OM ＝ON ，重力加速度为g ，则小物体上升过程中，受到的摩擦力大小变化情况是 ，小物体上升的最大高度为 。
13．一物体从某一行星（行星表面不存在空气）表面竖直向上抛出。
从抛出时开始计时，得到如图所示的s -t 图像，则该行星表面的重力加速度大小为_____m/s 2；当t ＝t 0时，再以初速度10m/s 抛出另一物体，经△t 时间两物体在空中相遇，为使△t 最大，则t 0＝______s14．熊蜂能够以最大速度v 1竖直向上飞，以最大速度v 2竖直向下飞。
熊蜂“牵引力”与飞行方向无关，空气阻力与熊蜂速度成正比，比例系数为k 。
则熊蜂“牵引力”的大小是 ，熊蜂沿水平方向飞行的最大速度是 。
15．在匀强电场中，有一固定的O 点，连有长度都为L 的绝缘细线，细线的另一端分别系住一个带电小球A 、B 、C （不计重力，带电小球之间的作用力不能忽略），其中Q A 带负电、电量为Q ，三个小球目前都处于如图所示的平衡状态，静电力恒量为k ，则匀强电场的大小为E ＝___________；若已知Q A 与Q B 的电量大小之比为1︰2，则为维持三个小球平衡，细绳需承受的可能的最大拉力为___________。
16．如图所示电路中，定值电阻R 0的阻值为2Ω，安培表和伏特表均为理想电表。
闭合开关K ，当滑动变阻器R x 的滑片P 从一端移到另一端时，发现电压表的电压变化范围为0V 到3V ，安培表的变化范围为0.75A 到1.0A 。
则电源内电阻为________Ω，移动变阻器滑片时，能得到的电源的最大输出功率为________W 。
17．如图所示，粗细均匀、底端封闭的三通玻璃管中用水银与活塞封闭了两段温度相同，长度均为30cm 的空气柱A 、B ，大气压强P 0＝75cmHg ，各段水银长均为15cm 。
现缓慢抽动玻璃管上端的活塞，使A 、B 两部分气体体积之比达到最大值，则此最大值为 ，活塞至少上移的距离为 cm 。
18．质量为2kg的物体放在水平面上，物体离墙20m，现在用30N的水平力作用于此物体，经2s可到达墙边。
（1）若仍用30N的水平力推此物体，使此物体沿水平面到达墙边，推力作用的最短时间为多少？（2）若用大小为30N的力一直作用在物体上，使物体从原地最短时间到达墙边，则作用的最短时间为多少？19．如图所示，一小环A套在一均匀圆木棒B上，A和B的质量都等于m，A和B之间滑动摩擦力为f（f＜mg）。
开始时B竖直放置，下端离地面的高度为h，A在B的顶端，让他们由静止开始自由下落。
当木棒与地面相碰后，以大小不变的速率反弹。
不考虑棒与地面的作用时间及空气阻力，问：在B再次着地前，要使A不脱离B，B至少应该多长？20．如图所示，OAB为轻质直角三角形框架，OA=50cm，OA︰OB︰AB=3︰4︰5，框架可以绕固定轴O在竖直平面内转动。
框架A处悬挂质量为M=0.4kg的物体。
一个质量为m=0.5kg的物块在沿框架AB边的恒力F作用下,从静止开始由A点出发沿框架AB边向上运动。
已知F=5.6N，物块与AB边的动摩擦因数 =0.25，求框架能维持稳定的最长时间。
21．当汽车B在汽车A前方7m时，A正以v A=4m/s的速度向右做匀速直线运动，而汽车B此时速度v B=10m/s，向右做匀减速直线运动，加速度大小为a=2m/s2.此时开始计时，则（1）经过多少时间，A 和B相距最远，A、B相距最远的距离为多大。
（2）再经过多少A恰好追上B？22．航模兴趣小组设计出一架遥控飞行器，其质量为2kg，动力系统提供的恒定升力为28 N。