5.7《生活中的圆周运动》学案(三).doc

利辛高级中学高一物理学案 撰写人：胡成 刘云琨 第七节：生活中的圆周运动（三） 学习目标： 1.能够定量分析竖直平面内的圆周运动问题； 2.掌握轻绳和轻杆模型，能解决相关问题。 本节重点： 能够定量分析物体在竖直平面内的圆周运动问题。 本节难点： 能够正确区分轻绳和轻杆的物理模型。 知识梳理： 竖直平面内的圆周运动是典型的变速圆周运动，中学物理中主要研究物体在圆周的最高点与最低点两种情况，在竖直平面内的圆周运动一般不是匀速圆周运动，但物体经最高点和最低点时，所受的重力与其它力的合力指向圆心，提供向心力。 轻绳模型（用绳子系物体或物体沿轨道内侧运动） 如图所示，绳子拉着小球在竖直平面内做圆周运动。 问题（1）当小球运动到最高点时，小球做圆周运动的向心力由什么力来提供？ 问题（2）当小球通过最高点时，速度由很大逐渐减小时，绳子的拉力如何变化？ 问题（3）当小球过最高点时，绳子的拉力刚好等于零，求此时小球的速度？ 问题（4）当小球的速度小于问题（3）中的速度时，小球能否通过最高点？ 轻杆模型（用杆固定物体在竖直平面内做圆周运动） 如图所示，用轻杆拉着小球在竖直平面内做圆周运动。 问题（1）当小球以很大的速度通过最高点时，杆对小球的力是拉力还是支持力？ 问题（2）当小球以很大的速度运动到最高点时，小球做圆周运动的向心力由什么力来提供？ 问题（3）当小球的速度由很大逐渐减小时，杆对小球的力如何变化？ 问题（4）当小球过最高点时，杆对球的力刚好为零，此时小球的速度？ 问题（5）当小球的速度小于问题（4）中的速度时，小球能否通过最高点？如能，此时杆对小球的力是支持力还是拉力？ 问题（6）小球能通过最高点的速度条件是什么？ 物体在圆轨道外侧经最高点。 如图所示，物体能沿轨道外侧做圆周运动的条件是什么？ 总结： 轻绳模型 细绳系的小球或在轨道内侧运动的小球，在最高点时的临界状态为只受重力，即，则，在最高点时： 时，拉力或压力为零，小球恰好能通过最高点； 时，小球受向下的拉力或压力； 时，小球不能达到最高点。 即绳类的临界速度为。 轻杆模型 在细轻杆上固定的小球或在管型轨道内运动的小球，由于杆和管能对小球产生向上或向下的弹力，所以小球能在竖直平面内做圆周运动的条件是在最高点的速度大于或等于零，小球的受力情况为： 时，小球受向上的支持力； 时，小球受向上的支持力； 时，小球除重力之外不受其它力，即小球对杆无作用力，或对管内外侧均无压力； 时，小球受向下的拉力或压力，并且随速度的增大而增大。 即杆类的临界速度为。 特别提醒： 对竖直平面内的圆周运动 要明确运动的模型，即绳或杆； 有不同模型的临界条件分析受力，找到向心力的来源。 分组讨论： 1.如图所示，质量为的小球用细线拴住，线长，细线所受拉力达到时就会被拉断。当小球从图示位置释放后摆到悬点的正下方时，细线恰好被拉断。重力加速度，小球落地处到地面上点的距离为，求细线刚好断开时小球距水平地面的高度为多少？（点在悬点的正下方） 如图所示，轻绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量，绳长。求： 最高点水不流出的最小速率； 水桶在最高点的速率时，水对桶底的压力。 一内壁光滑的环形细圆管，位于竖直平面内，环的半径为（比细管的内径大得多）。在圆管中有两个直径与细管内径相同的小球（可视为质点）。A球的质量为，B球的质量为。它们沿环形圆管顺时针转动，经过最低点时的速度都为。设A球运动到最低点时，B球恰运动到最高点，若要此时两球做用于圆管的合力为零，那么B球在最高点的速度多大？