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1、2023高中物理圆周运动教案大全2020高中物理圆周运动教案大全一圆周运动一、考纲要求1.掌握描述圆周运动的物理量及它们之间的关系2.理解向心力公式并能应用;了解物体做离心运动的条件.二、知识梳理1.描述圆周运动的物理量(1)线速度：描述物体圆周运动快慢的物理量.v=.(2)角速度：描述物体绕圆心转动快慢的物理量.=.(3)周期和频率：描述物体绕圆心转动快慢的物理量.T=，T=.提供.(4)向心加速度：描述速度方向变化快慢的物理量.an=r2=v=r.2.向心力(1)作用效果：产生向心加速度，只改变速度的方向，不改变速度的大小.(2)大小：F=m=m2r=m=mv=42mf2r(3)方向：总是
2、沿半径方向指向圆心，时刻在改变，即向心力是一个变力.3.匀速圆周运动与非匀速圆周运动(1)匀速圆周运动定义：线速度大小不变的圆周运动.性质：向心加速度大小不变，方向总是指向圆心的变加速曲线运动.质点做匀速圆周运动的条件合力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心.(2)非匀速圆周运动定义：线速度大小、方向均发生变化的圆周运动.合力的作用a.合力沿速度方向的分量Ft产生切向加速度，Ft=mat，它只改变速度的方向.b.合力沿半径方向的分量Fn产生向心加速度，Fn=man，它只改变速度的大小.4.离心运动(1)本质：做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切线方向飞出去的倾向.(2)受力特
3、点(如图所示)当F=mr2时，物体做匀速圆周运动;当F=0时，物体沿切线方向飞出;当F为实际提供的向心力.当Fmr2时，物体逐渐向圆心靠近，做向心运动.三、要点精析1.圆周运动各物理量间的关系2.对公式v=r和a=2r的理解(1)由v=r知，r一定时，v与成正比;一定时，v与r成正比;v一定时，与r成反比.(2)由a=2r知，在v一定时，a与r成反比;在一定时，a与r成正比.3.常见的三种传动方式及特点皮带传动：如图甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，两轮边缘线速度大小相等，即vA=vB.摩擦传动：如图甲所示，两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，两轮边缘线速度大小相等，即vA=vB.同轴传动
4、：如图乙所示，两轮固定在一起绕同一转轴转动，两轮转动的角速度大小相等，即A=B.4.向心力的来源向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中要避免再另外添加一个向心力.5.向心力的确定(1)先确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置.(2)再分析物体的受力情况，找出所有的力沿半径方向指向圆心的合力就是向心力.6.圆周运动中的临界问题临界问题广泛地存在于中学物理中，解答临界问题的关键是准确判断临界状态，再选择相应的规律灵活求解，其解题步骤为：判断临界状态：有些题目中有“刚好”“恰好”“正好”等字眼，明显表明题述的过程存在
5、着临界点;若题目中有“取值范围”“多长时间”“多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点”，而这些起止点往往就是临界状态;若题目中有“最大”“最小”“至多”“至少”等字眼，表明题述的过程存在着极值，这个极值点也往往是临界状态.确定临界条件：判断题述的过程存在临界状态之后，要通过分析弄清临界状态出现的条件，并以数学形式表达出来.选择物理规律：当确定了物体运动的临界状态和临界条件后，对于不同的运动过程或现象，要分别选择相对应的物理规律，然后再列方程求解.7.竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”模型概述在竖直平面内做圆周运动的物体，运动至轨道最高点时的受力情况可分为两类.一是无支撑(如球与绳连接，
6、沿内轨道的“过山车”等)，称为“轻绳模型”;二是有支撑(如球与杆连接，小球在弯管内运动等)，称为“轻杆模型”.模型条件(1)物体在竖直平面内做变速圆周运动.(2)“轻绳模型”在轨道最高点无支撑，“轻杆模型”在轨道最高点有支撑.模型特点该类问题常有临界问题，并伴有“最大”“最小”“刚好”等词语，现对两种模型分析比较如下：?绳模型杆模型常见类型均是没有支撑的小球均是有支撑的小球过最高点的临界条件由mg=m得v临=由小球恰能做圆周运动得v临=0讨论分析(1)过最高点时，v，FN+mg=m，绳、圆轨道对球产生弹力FN(2)不能过最高点时，vh，小球在轨道内侧运动，当v=0时，上升高度hra，故不存在脱
7、轨现象，a满足题意;d中轻杆连着小球在竖直平面内运动，在最高点时有v=0，此时小球恰好可到达最高点，d满足题意;而b、c都存在脱轨现象，脱轨后最高点速度不为零，因此上升高度hh，故应选a、d.如图所示，长为L的细绳一端固定，另一端系一质量为m的小球.给小球一个合适的初速度，小球便可在水平面内做匀速圆周运动，这样就构成了一个圆锥摆，设细绳与竖直方向的夹角为.下列说法中正确的是(?)A.小球受重力、绳的拉力和向心力作用B.小球做圆周运动的半径为LC.越大，小球运动的速度越大D.越大，小球运动的周期越大【答案】C【解析】小球只受重力和绳的拉力作用，合力大小为F=mgtan，半径为R=Lsin，A、B
8、错误;小球做圆周运动的向心力是由重力和绳的拉力的合力提供的，则mgtan=m，得到v=sin，越大，小球运动的速度越大，C正确;周期T=2，越大，小球运动的周期越小，D错误.如图所示，足够长的斜面上有a、b、c、d、e五个点，ab=bc=cd=de，从a点水平抛出一个小球，初速度为v时，小球落在斜面上的b点，落在斜面上时的速度方向与斜面夹角为;不计空气阻力，初速度为2v时(?)A.小球可能落在斜面上的c点与d点之间B.小球一定落在斜面上的e点C.小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角大于D.小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角也为【答案】BD【解析】设ab=bc=cd=de=L0，斜面倾角为，初速度
9、为v时，小球落在斜面上的b点，则有L0cos=vt1，L0sin=.初速度为2v时，则有Lcos=2vt2，Lsin=，联立解得L=4L0，即小球一定落在斜面上的e点，选项B正确，A错误;由平抛运动规律可知，小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角也为，选项C错误，D正确.物体做圆周运动时所需的向心力F需由物体运动情况决定，合力提供的向心力F供由物体受力情况决定.若某时刻F需=F供，则物体能做圆周运动;若F需F供，物体将做离心运动;若F需(1)为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动，在A点至少应施加给小球多大的水平速度?(2)在小球以速度v1=4m/s水平抛出的瞬间，绳中的张力为多少?(3)在小球以
10、速度v2=1m/s水平抛出的瞬间，绳中若有张力，求其大小;若无张力，试求绳子再次伸直时所经历的时间.【答案】(1)?m/s(2)3N(3)无张力，0.6s【解析】(1)小球做圆周运动的临界条件为重力刚好提供最高点时小球做圆周运动的向心力，即mg=m=，解得v0=m/s.(2)因为v1v0，故绳中有张力.根据牛顿第二定律有FT+mg=m，代入数据得绳中张力FT=3N.(3)因为v2在高级沥青铺设的高速公路上，汽车的设计时速是108km/h.汽车在这种路面上行驶时，它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重的0.6倍.如果汽车在这种高速公路的水平弯道上拐弯，假设弯道的路面是水平的，其弯道的最小半径是多少
11、?如果高速公路上设计了圆弧拱形立交桥，要使汽车能够以设计时速安全通过圆弧拱桥，这个圆弧拱形立交桥的半径至少是多少?(取g=10m/s2)【答案】(1)150m(2)90m【解析】(1)汽车在水平路面上拐弯，可视为汽车做匀速圆周运动，其向心力由车与路面间的静摩擦力提供，当静摩擦力达到最大值时，由向心力公式可知这时的半径最小，有Fmax=0.6mg=m，由速度v=108km/h=30m/s得，弯道半径rmin=150m.(2)汽车过圆弧拱桥，可看做在竖直平面内做匀速圆周运动，到达最高点时，根据向心力公式有mg-FN=m.为了保证安全通过，车与路面间的弹力FN必须大于等于零，有mgm，则R90m.游
12、乐园的小型“摩天轮”上对称地分布着8个吊篮，每个吊篮内站着一个质量为m的同学，如图所示，“摩天轮”在竖直平面内逆时针匀速转动，若某时刻转到顶点a上的甲同学让一小重物做自由落体运动，并立即通知下面的同学接住，结果重物开始下落时正处在c处的乙同学恰好在第一次到达最低点b处时接到重物，已知“摩天轮”半径为R，重力加速度为g，不计空气阻力.求：(1)接住重物前，重物自由下落的时间t.(2)人和吊篮随“摩天轮”运动的线速度大小v.(3)乙同学在最低点处对吊篮的压力FN.【答案】(1)2(2)(3)(1+)mg;竖直向下【解析】(1)由运动学公式：2R=gt2，t=2.2020高中物理圆周运动教案大全二【教学目标】知识与技能1、知道如果一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加速，它就是圆周运动的物体所受的向心力。会在具体问题中分析向心力的来源。2、理解匀速圆周运动的规律。3、知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会求变速圆周运动中物体在特殊点的向心力和向心加速度。过程与1、通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的能力.2、通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辩证关系，提高学生的分析能力.情感、态度与价值观对几个实例的分析，使学生明确具体问题必须具体分析，学会用合理、科学的方法处理问题。