2017滬科版高中物理必修二2.1《怎樣描述圓周運(yùn)動(dòng)》word教案

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1、《怎樣描述圓周運(yùn)動(dòng)》習(xí)題課教案教學(xué)目標(biāo)：1、圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題2、“質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)”與“物體繞固定軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)”的區(qū)別與聯(lián)系3、求解范圍類極值問(wèn)題，應(yīng)注意分析兩個(gè)極端狀態(tài)，以確定變化范圍重點(diǎn)：圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題難點(diǎn)：求解范圍類極值問(wèn)題，應(yīng)注意分析兩個(gè)極端狀態(tài)，以確定變化范圍知識(shí)簡(jiǎn)析一、圓周運(yùn)動(dòng)的臨界問(wèn)題1.圓周運(yùn)動(dòng)中的臨界問(wèn)題的分析方法首先明確物理過(guò)程，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行正確的受力分析，然后確定向心力，根據(jù)向心力公式列出方程，由方程中的某個(gè)力的變化與速度變化的對(duì)應(yīng)關(guān)系，從而分析找到臨界值．2.特例（1）如圖所

2、示，沒(méi)有物體支撐的小球，在豎直平面做圓周運(yùn)動(dòng)過(guò)最高點(diǎn)的情況：注意：繩對(duì)小球只能產(chǎn)生沿繩收縮方向的拉力①臨界條件：繩子或軌道對(duì)小球沒(méi)有力的作用：mg=mv2/R→v臨界=（可理解為恰好轉(zhuǎn)過(guò)或恰好轉(zhuǎn)不過(guò)的速度）注意：如果小球帶電，且空間存在電、磁場(chǎng)時(shí)，臨界條件應(yīng)是小球重力、電場(chǎng)力和洛倫茲力的合力作為向心力，此時(shí)臨界速度V臨≠②能過(guò)最高點(diǎn)的條件：v≥，當(dāng)V＞時(shí)，繩對(duì)球產(chǎn)生拉力，軌道對(duì)球產(chǎn)生壓力．③不能過(guò)最高點(diǎn)的條件：V＜V臨界（實(shí)際上球還沒(méi)到最高點(diǎn)時(shí)就脫離了軌道）（2）如圖（a）的球過(guò)最高點(diǎn)時(shí)，輕質(zhì)桿（管）對(duì)球產(chǎn)生

3、的彈力情況：注意：桿與繩不同，桿對(duì)球既能產(chǎn)生拉力，也能對(duì)球產(chǎn)生支持力．①當(dāng)v＝0時(shí)，N＝mg（N為支持力）②當(dāng)0＜v＜時(shí)，N隨v增大而減小，且mg＞N＞0，N為支持力．③當(dāng)v=時(shí)，N＝0①當(dāng)v＞時(shí)，N為拉力，N隨v的增大而增大（此時(shí)N為拉力，方向指向圓心）注意：管壁支撐情況與桿子一樣若是圖（b）的小球，此時(shí)將脫離軌道做平拋運(yùn)動(dòng)．因?yàn)檐壍缹?duì)小球不能產(chǎn)生拉力．注意：如果小球帶電，且空間存在電場(chǎng)或磁場(chǎng)時(shí)，臨界條件應(yīng)是小球所受重力、電場(chǎng)力和洛侖茲力的合力等于向心力，此時(shí)臨界速度。要具體問(wèn)題具體分析，但分析方法是相同的

4、。二.“質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)”與“物體繞固定軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)”的區(qū)別與聯(lián)系（1)質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)是在外力作用下的運(yùn)動(dòng)，所以質(zhì)點(diǎn)在做變速運(yùn)動(dòng)，處于非平衡狀態(tài)。(2）物體繞固定軸做勻速轉(zhuǎn)動(dòng)是指物體處于力矩平衡的轉(zhuǎn)動(dòng)狀態(tài)。對(duì)于物體上不在轉(zhuǎn)動(dòng)軸上的任意微小質(zhì)量團(tuán)（可說(shuō)成質(zhì)點(diǎn)），則均在做勻速圓周運(yùn)動(dòng)。規(guī)律方法1.圃周運(yùn)動(dòng)中臨界問(wèn)題分析，應(yīng)首先考慮達(dá)到臨界條件時(shí)物體所處的狀態(tài)，然后分析該狀態(tài)下物體的受力特點(diǎn)．結(jié)合圓周運(yùn)動(dòng)的知識(shí)，列出相應(yīng)的動(dòng)力學(xué)方程OO/R【例1】在圖中，一粗糙水平圓盤可繞過(guò)中心軸OO/旋轉(zhuǎn)，現(xiàn)將輕質(zhì)彈簧的一

5、端固定在圓盤中心，另一端系住一個(gè)質(zhì)量為m的物塊A，設(shè)彈簧勁度系數(shù)為k，彈簧原長(zhǎng)為L(zhǎng)。將物塊置于離圓心R處，R＞L，圓盤不動(dòng)，物塊保持靜止。現(xiàn)使圓盤從靜止開(kāi)始轉(zhuǎn)動(dòng)，并使轉(zhuǎn)速ω逐漸增大，物塊A相對(duì)圓盤始終未惰動(dòng)。當(dāng)ω增大到時(shí)，物塊A是否受到圓盤的靜摩擦力，如果受到靜摩擦力，試確定其方向?！窘馕觯輰?duì)物塊A，設(shè)其所受靜摩擦力為零時(shí)的臨界角度為ω0，此時(shí)向心力僅為彈簧彈力；若ω＞ω0，則需要較大的向心力，故需添加指向圓心的靜摩擦力；若ω＜ω0，則需要較小的向心力，物體受到的靜摩擦力必背離圓心。依向心力公式有mω02R=

6、k(R－L)，所以，故時(shí),得ω＞ω0?？梢?jiàn)物塊所受靜摩擦力指向圓心。【例2】如圖16所示，游樂(lè)列車由許多節(jié)車廂組成。列車全長(zhǎng)為L(zhǎng)，圓形軌道半徑為R，（R遠(yuǎn)大于一節(jié)車廂的高度h和長(zhǎng)度l，但L>2πR）.已知列車的車輪是卡在導(dǎo)軌上的光滑槽中只能使列車沿著圓周運(yùn)動(dòng)而不能脫軌。試問(wèn)：列車在水平軌道上應(yīng)具有多大初速度V0，才能使列車通過(guò)圓形軌道？V0R分析與解：列車開(kāi)上圓軌道時(shí)速度開(kāi)始減慢，當(dāng)整個(gè)圓軌道上都擠滿了一節(jié)節(jié)車廂時(shí)，列車速度達(dá)到最小值V，此最小速度一直保持到最后一節(jié)車廂進(jìn)入圓軌道，然后列車開(kāi)始加速。由于軌道光

7、滑，列車機(jī)械能守恒，設(shè)單位長(zhǎng)列車的質(zhì)量為m，則有：Em，qL·O要使列車能通過(guò)圓形軌道，則必有V>0,解得。【例3】如圖所示，細(xì)繩長(zhǎng)為L(zhǎng)，一端固定在O點(diǎn)，另一端系一質(zhì)量為m、電荷量為+q的小球，置于電場(chǎng)強(qiáng)度為E的勻強(qiáng)電場(chǎng)中，欲使小球在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，小球至最高點(diǎn)時(shí)速度應(yīng)該是多大？解析：小球至最高點(diǎn)時(shí)能以L為半徑做圓周運(yùn)動(dòng)，所需向心力最小時(shí)繩子無(wú)拉力，則Mg＋Eq=mv02/L，得，故小球在豎直平面內(nèi)能夠做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，小球至最高點(diǎn)的速度拓展：該題中物理最高點(diǎn)與幾何最高點(diǎn)是重合的，物理最高點(diǎn)是在豎直平面內(nèi)做

8、圓周運(yùn)動(dòng)的物體在該點(diǎn)勢(shì)能最大，動(dòng)能最小，若把該題中的電場(chǎng)變?yōu)樗较蛴遥鐖D，當(dāng)金屬球在環(huán)內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)時(shí)，則物理最高點(diǎn)為A點(diǎn)，物理最低點(diǎn)為B點(diǎn)，而幾何最高點(diǎn)為C點(diǎn)，幾何最低點(diǎn)為D點(diǎn)（這種情況下，兩個(gè)最高點(diǎn)已不再重合，兩個(gè)最低點(diǎn)也不再重合）．A處速度的最小值（臨界速度）應(yīng)滿足：思考：物體恰能到達(dá)幾何最高點(diǎn)時(shí)，繩的拉力為多少？【例4】一內(nèi)壁光滑的環(huán)形細(xì)圓管，位于豎直平面內(nèi)，環(huán)的半徑為R（比細(xì)管的半徑大得多