高中物理10大難點強行突破之三圓周運動的實例分析(已修改)
2025-04-16 02:36 本頁面
【正文】 難點之三：圓周運動的實例分析一、難點形成的原因對向心力和向心加速度的定義把握不牢固，解題時不能靈活的應用。圓周運動線速度與角速度的關系及速度的合成與分解的綜合知識應用不熟練，只是了解大概，在解題過程中不能靈活應用；圓周運動有一些要求思維長度較長的題目，受力分析不按照一定的步驟，漏掉重力或其它力，因為一點小失誤，導致全盤皆錯。圓周運動的周期性把握不準。缺少生活經驗，缺少仔細觀察事物的經歷，很多實例知道大概卻不能理解本質，更不能把物理知識與生活實例很好的聯(lián)系起來。二、難點突破（1）勻速圓周運動與非勻速圓周運動，因為物體的運動方向（即速度方向）在不斷變化。圓周運動也不可能是勻變速運動，因為即使是勻速圓周運動，其加速度方向也是時刻變化的。：①天體（包括人造天體）在萬有引力作用下的運動；②核外電子在庫侖力作用下繞原子核的運動；③帶電粒子在垂直勻強磁場的平面里在磁場力作用下的運動；④物體在各種外力（重力、彈力、摩擦力、電場力、磁場力等）作用下的圓周運動。，而速度大小不變。做勻速圓周運動的物體，它所受的所有力的合力提供向心力，其方向一定指向圓心。非勻速圓周運動的物體所受的合外力沿著半徑指向圓心的分力，提供向心力，產生向心加速度；合外力沿切線方向的分力，產生切向加速度，其效果是改變速度的大小。例1：如圖31所示，兩根輕繩同系一個質量m=，兩繩的另一端分別固定在軸上的A、B兩處，上面繩AC長L=2m，當兩繩都拉直時，與軸的夾角分別為30176。和45176。，求當小球隨軸一起在水平面內做勻速圓周運動角速度為ω=4rad/s時，上下兩輕繩拉力各為多少？【審題】兩繩張緊時，小球受的力由0逐漸增大時，ω可能出現(xiàn)兩個臨界值。圖31【解析】如圖31所示，當BC剛好被拉直，但其拉力T2恰為零，設此時角速度為ω1，AC繩上拉力設為T1，對小球有： ①②代入數(shù)據得：，要使BC繩有拉力，應有ωω1，當AC繩恰被拉直，但其拉力T1恰為零，設此時角速度為ω2，BC繩拉力為T2，則有 ③ T2sin45176。=mLACsin30176。④代入數(shù)據得：ω2=。要使AC繩有拉力，必須ωω2，依題意ω=4rad/sω2，故AC繩已無拉力，AC繩是松馳狀態(tài)，BC繩與桿的夾角θ45176。，對小球有：T2cosθ=m ω2LBCsin θ ⑤而LACsin30176。=LBCsin45176。LBC=m ⑥由⑤、⑥可解得；【總結】當物體做勻速圓周運動時，所受合外力一定指向圓心，在圓周的切線方向上和垂直圓周平面的方向上的合外力必然為零。（2）同軸裝置與皮帶傳動裝置在考查皮帶轉動現(xiàn)象的問題中，要注意以下兩點：a、同一轉動軸上的各點角速度相等；b、和同一皮帶接觸的各點線速度大小相等，這兩點往往是我們解決皮帶傳動的基本方法。圖32例2：如圖32所示為一皮帶傳動裝置，右輪的半徑為r，a是它邊緣上的一點，左側是一輪軸，大輪半徑為4r，小輪半徑為2r，b點在小輪上，到小輪中心距離為r，c點和d點分別位于小輪和大輪的邊緣上，若在傳動過程中，皮帶不打滑，則A．a點與b點線速度大小相等B．a點與c點角速度大小相等C．a點與d點向心加速度大小相等D．a、b、c、d四點，加速度最小的是b點【審題】 分析本題的關鍵有兩點：其一是同一輪軸上的各點角速度相同；其二是皮帶不打滑時，與皮帶接觸的各點線速度大小相同。這兩點抓住了，然后再根據描述圓周運動的各物理量之間的關系就不難得出正確的結論?！窘馕觥坑蓤D32可知，a點和c點是與皮帶接觸的兩個點，所以在傳動過程中二者的線速度大小相等，即va＝vc，又v＝ωR， 所以ωar＝ωc2r，即ωa＝2ωc．而b、c、d三點在同一輪軸上，它們的角速度相等，則ωb＝ωc＝ωd＝ωa，所以選項Ｂ錯．又vb＝ωbr＝ ωar＝，所以選項A也錯．向心加速度：aa＝ωa2r；ab＝ωb2r＝（）2r＝ωa2r＝aa；ac＝ωc22r＝（ωa）22r＝ ωa2r＝aa；ad＝ωd24r＝（ωa）24r＝ωa2r＝aa．所以選項C、D均正確。圖33【總結】該題除了同軸角速度相等和同皮帶線速度大小相等的關系外，在皮帶傳動裝置中，從動輪的轉動是靜摩擦力作用的結果．從動輪受到的摩擦力帶動輪子轉動，故輪子受到的摩擦力方向沿從動輪的切線與輪的轉動方向相同；主動輪靠摩擦力帶動皮帶，故主動輪所受摩擦力方向沿輪的切線與輪的轉動方向相反。是不是所有 的題目都要是例1這種類型的呢？當然不是，當輪與輪之間不是依靠皮帶相連轉動，而是依靠摩擦力的作用或者是齒
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