2、函数的连续性

(1)函数连续性的概念:

①如果函数f(x)在x=x0处及其附近有定义,而且,就说函数f(x)在x=x0处连续。

注:函数f(x)在x=x0处连续必须具备三个条件:Ⅰ)函数f(x)在x=x0处及其附近有定义;Ⅱ)函数f(x)在x=x0处有极限;Ⅲ)函数f(x)在x=x0处的极限值等于这一点处的函数值f(x0)。

②右连续(或左连续):如果函数f(x)在x=x0处及其右侧(或左侧)有定义,而且(或)。

③若函数f(x)在(a,b)内每一点都连续,且在a点右连续,b点左连续,则称f(x)在闭区间[a,b]上连续。

注:函数f(x)在(a,b)内连续,只要求在(a,b)内每一点都连续即可,对在端点处是否连续不要求。

(2)函数连续性的运算:

①若f(x),g(x)都在点x0处连续,则f(x)±g(x),f(x)•g(x),(g(x)≠0)也在点x0处连续。

②若u(x)都在点x0处连续,且f(u)在u0=u(x0)处连续,则复合函数f[u(x)]在点x0处连续。

(3)初等函数的连续性:

①基本初等函数(指数函数,对数函数,三角函数等)在定义域里每一点处都连续。

②基本初等函数及常数经过有限次四则运送所得到的函数,都是初等函数,初等函数在其定义域里每一点处的极限都等于该点的函数值。

(3)

图甲表示的是f(x)在点x0处的左、右极限存在但不相等,即不存在

图乙表示的是f(x)在点x0处的左极限存在、右极限不存在,也属于不存在

图丙表示的是存在,但函数f(x)在点x0处没有定义

图丁表示的是存在,但它不等于函数f(x)在点x0处的函数值。

注意:函数f(x)在x=x0处连续与函数f(x)在x=x0处有极限的联系与区别。“连续必有极限,有极限未必连续。”

物理情形:如图17所示,在光滑的水平面上,质量为M = 1 kg的平板车左端放有质量为m = 2 kg的铁块,铁块与车之间的摩擦因素μ= 0.5 。开始时,车和铁块以共同速度v = 6 m/s向右运动,车与右边的墙壁发生正碰,且碰撞是弹性的。车身足够长,使铁块不能和墙相碰。重力加速度g = 10 m/s2 ,试求:1、铁块相对车运动的总路程;2、平板车第一次碰墙后所走的总路程。

模型分析:本模型介绍有两对相互作用时的处理常规。能量关系介绍摩擦生热定式的应用。由于过程比较复杂,动量分析还要辅助以动力学分析,综合程度较高。

由于车与墙壁的作用时短促而激烈的,而铁块和车的作用是舒缓而柔和的,当两对作用同时发生时,通常处理成“让短时作用完毕后,长时作用才开始”(这样可以使问题简化)。在此处,车与墙壁碰撞时,可以认为铁块与车的作用尚未发生,而是在车与墙作用完了之后,才开始与铁块作用。

规定向右为正向,将矢量运算化为代数运算。

车第一次碰墙后,车速变为-v ,然后与速度仍为v的铁块作用,动量守恒,作用完毕后,共同速度v1 =  =  ,因方向为正,必朝墙运动。

(学生活动)车会不会达共同速度之前碰墙?动力学分析:车离墙的最大位移S = ,反向加速的位移S′= ,其中a = a1 = ,故S′< S ,所以,车碰墙之前,必然已和铁块达到共同速度v1

车第二次碰墙后,车速变为-v1 ,然后与速度仍为v1的铁块作用,动量守恒,作用完毕后,共同速度v2 =  =  = ,因方向为正,必朝墙运动。

车第三次碰墙,……共同速度v3 =  = ,朝墙运动。

……

以此类推,我们可以概括铁块和车的运动情况--

铁块:匀减速向右→匀速向右→匀减速向右→匀速向右……

平板车:匀减速向左→匀加速向右→匀速向右→匀减速向左→匀加速向右→匀速向右……

显然,只要车和铁块还有共同速度,它们总是要碰墙,所以最后的稳定状态是:它们一起停在墙角(总的末动能为零)。

1、全程能量关系:对铁块和车系统,-ΔEk =ΔE ,且,ΔE = f S

即:(m + M)v2 = μmg·S

代入数字得:S = 5.4 m

3、将v1 、v的替代式代入①式解v2即可。结果:v2 =

(学生活动)思考:球形铰链触地前一瞬,左球、铰链和右球的速度分别是多少?

解:由两杆不可形变,知三球的水平速度均为零,θ为零。一个能量方程足以解题。

答:0 、 、0 。

(学生活动)思考:当两杆夹角为90°时,右边小球的位移是多少?

解:水平方向用“反冲位移定式”,或水平方向用质心运动定律。

答:

进阶应用:在本讲模型“四、反冲……”的“进阶应用”(见图8)中,当质点m滑到方位角θ时(未脱离半球),质点的速度v的大小、方向怎样?

解说:此例综合应用运动合成、动量守恒、机械能守恒知识,数学运算比较繁复,是一道考查学生各种能力和素质的难题。

据运动的合成,有:

 =  +  =  -

其中必然是沿地面向左的,为了书写方便,我们设其大小为v2必然是沿半球瞬时位置切线方向(垂直瞬时半径)的,设大小为v 。根据矢量减法的三角形法则,可以得到(设大小为v1)的示意图,如图16所示。同时,我们将v1的x、y分量v1x和v1y也描绘在图中。

由图可得:v1y =(v2 + v1x)tgθ                 ①

质点和半球系统水平方向动量守恒,有:Mv2 = mv1x         ②

对题设过程,质点和半球系统机械能守恒,有:mgR(1-cosθ) = M + m ,即:

mgR(1-cosθ) = M + m( + )           ③

三个方程,解三个未知量(v2 、v1x 、v1y)是可行的,但数学运算繁复,推荐步骤如下--

 0  423391  423399  423405  423409  423415  423417  423421  423427  423429  423435  423441  423445  423447  423451  423457  423459  423465  423469  423471  423475  423477  423481  423483  423485  423486  423487  423489  423490  423491  423493  423495  423499  423501  423505  423507  423511  423517  423519  423525  423529  423531  423535  423541  423547  423549  423555  423559  423561  423567  423571  423577  423585  447090 

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