《描述圆周运动》习题课教学设计
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《描述圆周运动》习题课教案
教学目标:1、圆周运动的临界问题
2、“质点做匀速圆周运动”与“物体 绕固定轴做匀速转动”的区别与联系
3、求解范围类极值问题,应注意分析两个极端状态,以确定变化范围
重 点: 圆周运动的临界问题[]
难 点:求解范围类极值问题,应注意分析两个极端状态,以确定变化范围
知识简析 一、圆周运动的临界问题
1.圆周运动中的临界问题的分析方法
首先明确物理过程,对研究对象进行正确的受力分析,然后确定向心力,根据向心力公式列出方程,由方程中的某个力的变化 与速度变化的对应关系,从而分析找到临界值.
2.特例(1)如图所示,没有物体支撑的小球,在竖直平面做圆周运动过最高点的情况:
注意:绳对小球只能产生沿绳收缩方向的拉力
①临界条件:绳子或轨道对小球没有力的作用:mg=mv2/R→v临界= (可理解为恰好转过或恰好转不过的速度)
注意:如果小球带电,且空间存在电、磁场时,临界 条件应是小球重力、电场力和洛伦兹力的合力作为向心力,此时临界速度V临≠
②能过最高点的条件:v≥ ,当V> 时,绳对球产生拉力,轨道对球产生压力.
③不能过最高点的条件:V<V临界(实际上球还没到最高点时就脱离了轨道)
(2)如图(a)的球过最高点时,轻质杆(管)对球产生的弹力情况:[]
注意:杆与绳不同,杆对球既能产生拉力,也能对球产生支持力.
①当v=0时,N=mg(N为支持力)
②当 0<v< 时, N随v增大而减小,且mg>N>0,N为支持力.
③当v= 时,N=0
① 当v> 时,N为拉力,N随v的增大而增大(此时N为拉力,方向指向圆心)
注意:管壁支撑情况与杆子一样
若是图(b)的小球,此时将脱离轨道做平抛运动.因为轨道对小球不能产生拉力.
注意:如果小球带电,且空间存在电场或磁场时,临界条件应是小球所受重力、电场力和洛仑兹力的合力等于向心力,此时临界速度 。要具体问题具体分析,但分析方法是相同的。
二.“质点做匀速圆周运动”与“物体绕固定轴做匀速转动”的区别与联系
(1)质点做匀速圆周运动是在外力作用下的运动,所以质点在做变速运动,处于非平衡状态。
(2)物体绕固定轴做匀速转动是指物体处于力矩平衡的转动状态。对于物体上不在转动轴上的任意微小质量团(可说成质点),则均在做匀速圆周运动。
规律方法 1.圃周运动中临界问题分析,应首先考虑达到临界条件时物体所处的状态,然后分析该状态下物体的受力特点.结合圆周运动的知识,列出相应的动力学方程
【例1】在图中,一 粗糙水平圆盘可绕过中心轴OO/旋转,现将轻质弹簧的一端固定在圆盘中心,另一端系住一个质量为m的物块A,设弹簧劲度系数为k,弹簧原长为L。将物块置于离圆心R处,R>L,圆盘不动,物块保持静止。现使圆盘从静止开始转动,并使转速ω逐渐增大,物块A相对圆盘始终未惰动。当ω增大到 时,物块A是否受到圆盘的静摩擦力,如果受到静摩擦力,试确定其方向。
【解析]对物块A,设其所受静摩擦力为零时的临界角度为ω0,此时向心力仅为弹簧弹力;若ω>ω0,则需要较大的向心力,故需添加指向圆心的静摩擦力;若ω<ω0,则需要较小的向心力,物体受到的静摩擦力必背离圆心。
依向心力公式有mω02R=k(R-L),所以 ,故 时,得ω>ω0。可见物块所受静摩擦力指向圆心。