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2019-2020年高中物理 線運動 圓周運動學案

'2019-2020年高中物理 線運動 圓周運動學案'
?2019-2020年高中物理 線運動 圓周運動學案【學習目標】1. 理解并區分勻速圓周運動、非勻速圓周運動向心力與合外力之間的關系2. 理解并掌握豎直面的圓周運動的兩種典型模型:輕繩模型、輕桿模型3. 會用等效重力的方法處理有電場力參與的豎直面內的圓周運動【重點難點】豎直面內的圓周運動【方法指導】1. 請同學們先通讀教材,然后依據課前預習案再研究教材,紅筆標注疑問。3.本節課必須掌握的概念和規律:。豎直面內的圓周運動【課前預習】1. 勻速圓周運動與非勻速圓周運動勻速圓周運動 非勻速圓周運動 運動特點 線速度的大小 ,角速度、周期和頻率都 ,向心加速度的大小___ __線速度的大小、方向都_________,角速度__ _,向心加速度的大小、方向都變,周期可能變也___________ 受力特點 所受到的 為向心力,大小不變,方向變,其方向時刻__________所受到的合力 ,合力產生兩個效果: ①沿半徑方向的分力 ,即向心力,它改變速度的 ; ②沿切線方向的分力 ,它改變速度的______ 性質 變加速曲線運動(加速度大小不變,方向變化)變加速曲線運動(加速度大小、方向都變化)2. 豎直面內的圓周運動豎直面內的圓周運動一般是非勻速圓周運動,其合力 向心力,由于涉及知識面比較廣,既有臨界問題,又有能量守恒的問題,更可以與電場結合出現,故在高考中出現頻率較高。常見的實例一般可分為:“輕繩”、“輕桿”模型a.模型構建及條件在豎直平面內做圓周運動的物體,運動至軌道最高點時的受力情況可分為兩類.一是無支撐(如球與繩連接,沿內軌道的“過山車”等),稱為“輕繩模型”;二是有支撐(如球與桿連接,小球在彎管內運動等),稱為“輕桿模型”.(注意:標粗部分為模型條件)b.模型特點 該類問題常有臨界問題,并伴有“最大”“最小”“剛好”等詞語,現對兩種模型分析比較如下:輕繩模型輕桿模型常見類型過最高點的臨界條件由mg=m,得v= 由小球能運動即可得v=0討論分析① 過最高點,v ,繩、軌道對球產生彈力FN②不能過最高點,v ,在到達最高點前小球已經脫離了圓軌道做斜拋運動① 當v 時, FN為支持力,沿半徑背離圓心②當v 時,FN背離圓心,隨v的增大而減?、郛攙 時,FN=0④當v 時, FN指向圓心并隨v的增大而增大在最高點的FN圖線【我的疑問】 【合作探究】探究1.只有重力參與的豎直面內的圓周運動 1. ( )如圖所示,半徑為R的光滑圓形軌道豎直固定放置,小球m在圓形軌道內側做圓周運動,對于半徑R不同的圓形軌道,小球m通過軌道最高點時都恰好與軌道間沒有相互作用力.下列說法中正確的是A.半徑R越大,小球通過軌道最高點時的速度越大B.半徑R越大,小球通過軌道最高點時的速度越小C.半徑R越大,小球通過軌道最低點時的角速度越大D.半徑R越大,小球通過軌道最低點時的角速度越小2.( -省略部分-然這個位置洛倫茲力最大.故B錯;C.從a到b,重力和電場力都做正功,重力勢能和電勢能都減少.故C錯;D.小球從b點運動到c點,電場力做負功,電勢能增大,但由于bc弧的中點速度最大,所以動能先增后減.D正確.探究3.圓周運動的綜合題 4.[D] [解析] 要使小球到達最高點a,則在最高點小球速度最小時有mg=m,得最小速度v=,由機械能守恒定律得mg(h-R)=mv2,得h=R,即h必須大于或等于R,小球才能通過a點,A錯誤;小球若能到達a點,并從a點以最小速度平拋,有R=gt2,x=vt=R,所以,無論怎樣改變h的大小,都不可能使小球通過a點后落回軌道內,B、C錯誤.如果h足夠大,小球可能會飛出de面之外,D正確.當堂檢測1.[A][解析]:因輕桿既可以提供拉力又可以提供支持力,所以在最高點桿所受彈力可以為零,A對;在最高點彈力也可以與重力等大反向,小球最小速度為零,B錯;隨著速度增大,桿對球的作用力可以增大也可以減小,C、D錯. 2. [AD][解析]:設D點到球b的距離為r,球b運動到最低點時的速度大小為v,則mbgr=mv2,mag-mbg=,可得ma=3mb,所以選項A正確,B錯誤;若只將細桿D水平向左移動少許,設D點到球b的距離變為R,當b球擺過的角度為θ時,a球對地面的壓力剛好為零,此時速度為V, 如圖所示,則mbgRsinθ=mV2,3mbg-mbgsinθ=,可得θ=90°,所以選項C錯誤,D正確.3.[ABC] [解析]:在小球通過最低點的瞬間,水平方向上不受外力作用,小球的切向加速度等于零,因此小球的線速度不會發生變化,選項A正確;在線速度不變時,半徑r突然減小到原來的一半,由v=ωr可知角速度增大為原來的2倍,選項B正確;由a=,可知向心加速度增大到原來的2倍,選項C正確;在最低點有F-mg= ma,可知選項D錯誤.4.解:小球先在斜面上運動,受重力、電場力、支持力、然后在圓軌道上運動,受重力、電場力、軌道的作用力,如圖所示,類比重力場,將電場力與重力的合力視為等效重力mg′,大小為mg′=,tanθ=,解得θ°,等效重力的方向與斜面垂直指向右下方,小球在斜面上勻速運動,因要使小球能安全通過圓軌道,在圓軌道的等效最高點(D)點滿足等效重力提供向心力: mg′=,因θ=30°,與斜面傾角相等,由幾何關系可知AD=2R.令小球以最小初速度v0運動,由動能定理知:?mg′?2R=解得A點速度v0=,故要使小球安全通過圓軌道,在O點的初速度應為v≥.5.(1)小球從A點到B點做自由落體運動,有v=2gR,vB= m/s=4 m/s?、僭贐點,速度分解為沿圓弧法線和切線兩個方向的分量,如圖所示,有vB切=vBcosθ=4× m/s=2 m/s?、趶腂點到C點小球機械能守恒,因此有mv=mgR(1-cos60°)+mv代入數據解得vC=2 m/s?、?2)小球離開C點做平拋運動,同時觸動光電裝置使圓筒轉動,對小球有h=gt解得t1=0.4 s?、輰A筒,在t1時間內轉過的角度應滿足φ=2πn(n=1,2,3…),小球都能進入小孔因此有ω===5nπ(n=1,2,3…)?、?3)小球進入小孔后,水平方向繼續做勻速直線運動的位移為2r,到達筒壁所需時間t2== s=0.1 s?、咝∏驈腃點拋出到打在筒壁上,運動時間為t1+t2,這段時間內豎直方向位移即為圓筒最小長度,故L=g(t1+t2)2=×10×(0.4+0.1)2 m=1.25 m
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