高中物理人教版 (新课标)必修24.圆周运动教案设计

在竖直平面内作圆周运动的物体归类

在圆周运动的教学中，主要涉及到处于水平面内和竖直面内的两种圆周运动。而处在竖直面内的圆周运动又因为它是变速圆周运动所以相对来说有点难度，学生在处理起来也比较困难，下面对在竖直面内的圆周运动进行归类，分析如下：

1．拱桥模型：当物体是沿只有内侧轨道做圆周运动时（如拱桥情况），若轨道有提供作用力，只能是支承力，即向外的压力，也可能没有。

2．水流星模型：当物体在受到绳牵拉在竖直面内做圆周运动的时候，绳对物体的作用力可以有，可以无，如果有作用力只能是拉力。如：在竖直面内运动到最低点时，绳一定有拉力；在竖直面内运动到最高点时有无绳的拉力要依据条件判定。

例1　如图1所示，一摆长为L的单摆，摆球的质量为ｍ，要使摆球能在竖直平面内做完整的圆周运动，那么摆球在最底点的速度ｖ０至少要多大?

类似模型：当物体是沿只有外侧轨道做圆周运动时（如过山龙车、台型圆筒内的飞车走壁），如果轨道有提供作用力，只能是垂直支承面向内的压力，也可以不提供作用力。对台型圆筒内的车沿筒壁在水平面内做圆周飞车运动时，筒壁一定有提供压力。

 “无”轨道模型：①当物体沿没有实际作支承的轨道做圆周运动时（如卫星运动），这种只由万有引力提供向心力；②放在水平圆盘上的物体随圆盘一起做圆周运动的情况，这种一定是由静摩擦力提供向心力。

3．轻质杆系列：当物体与杆的一端固定连接，绕杆的另一端为轴在水平或竖直面内做圆周运动时，杆对物体的作用力可以有拉，可以有压（推），也可以没有，要视物理问题的具体情况确定。如：在竖直面内运动到最低点时杆一定是拉力；运动到最高点时，如果物体重力提供的向心力已超过需要的向心力，这时杆就提供向外的压力，如果物体重力提供的向心力不足提供需要的向心力，杆就提供向内的拉力，如果物体重力提供的向心力恰好等于需要的向心力，杆就没有提供作用力了。

管道轨道和大小圆环系列：当物体沿管道做圆周运动时，管道提供的作用力可以是只由内侧提供（指向外），也可以是只外侧提供（指向内），也可以内外侧均不提供，也可能内外侧都有提供（内外侧有压力差）。

总之，在分析做圆周运动的物体时，关键是要根据题意，明确物体所在的位置需要的向心力，再经受力分析找出应提供的向心力，要维持这点的圆周运动，必须满足提供的向心力等于所需要的向心力。