‘壹’ 物理无难题!高中物理圆周运动问题解题技巧来了
高中物理的学习,不仅仅只是背公式、背定理,更重要的是去理解题意,分析题目,找到解题技巧和解题方法。高中物理涉及到非常广泛的动力学问题、电学问弊拆迟题等,其中,圆周运动问题更是学生经常难以理解的内容。因此,在实际情况中,学生应该根据自身的实际情况,有针对性的总结,从而找到有效的解题方法。
圆周运动问题
题型概述:圆周运动问题按照受力情况可分为水平面内的圆周运动和竖直面内的圆周运动,按其运动性质可分为匀速圆周运动和变速圆周运动。水平面内的圆周运动多为匀速圆周运动,竖直面内的圆周运动一般为变速圆周运动。对水平面内的圆周运动重在考查向心力的供求关系及临界问题,而竖直面内的圆周运动则重在考查最 高点的受力情况。
思维模板:
(1)对圆周运动,应先分析物体是否做匀速圆周运动,若是,则物体所受的合外力等于向心力,由
列方程求解即可;若物体的运动不是匀速圆周运动,则应将物体所受的力进行正交分解,物体在指向圆心方向上的合力等于向心力。
(2)竖直面内的圆周运动可以分为三个模型:
绳模型:只能对物体提供指向圆心的御庆弹力,能通过最 高点的临界态为重力等于向心力。
杆模型:可以提供指向圆心或背离圆心的力,能通过最 高点的临界态是速度为零。
高考物理机车的启动解题思路及注意问题
注意:
(1)机车以额定功率启动。过程发动机做的功只能用W=Pt计算,不能用W=Fs计算(租李因为F为变力)。
(2)机车以恒定加速度启动时,第1过程发动机做的功只能用W=Fs计算,不能用W=Pt计算(因为P为变功率)。
‘贰’ 振动的原理是什么
振动就是物体的往复运动。
在高中物理,可以定量研究(可以用公式法、作图法、列表法给出确定数值)的,只有四种最简单的运动:匀变速直线运动、匀速圆周运动、抛体运动和简谐振动。
复杂的运动,可以依托这四种运动,进行定性研究。
如果硬要定量研究复杂的运动,也是依托这四种运动,作近似研究的。
这四种最简单的运动中,匀变速直线运动和抛体运动是"一去不复返"的运动,运动状态(位置、速度)与时间的关系是拓朴(一一对应)的、不可重复的。
匀速圆周运动和简谐振动,站在长时间的角度看(或者说"宏观地看"),是周期性的、不断重复的。站在一个周期的时间内看(或者说"微观地看"),是拓朴衫返嫌的、不可重复的。因此,后两种运动,比前两种运动,复杂得多。
简谐振动可以看作匀速圆周运动沿正交(就是互相垂直)的两个方向进行分解(就是投影),其中任意一个方向的运动,都是简谐振动。由此可知,简谐振动比匀速圆周运动复杂得多。
抛体运动则可以分解为:正交的一个匀速直线运动和另一个匀变速直线运动,所以,抛体运动比匀变速直线运动复世差杂得多。
在匀速圆周运动作正交分解的过程中,原来大小不变的向心力,变成大小和方向都作周期性变化的回复力。简谐振动已经够复杂了。所以,振动就定量研究到简谐振动为止。
然而,通常我们遇到的振动的微观情况,都要比简谐振动复杂得多。所以,研究简谐振动过渡到研究振动、热振动等,需要洞察力、想象力和抽象思维、逻辑推理等能力。
简谐振动的特点是:1,有一个平衡位置(机械能耗尽之后,振子应该静止的唯一位置)。2,有一个大小和方向都作周期性变化的回复力的作用。3,频率单一、振幅不变。
振子就是对振动物体的抽象:忽略物体的形状和大小,用质点代替物体进行研究。这个代替振动物体的质点,就叫做振子。
振子在某一时刻所处的位置,用位移x表示。位移x就是以平衡位置为参照物(基点――基准点),得到的"振子在某一时刻所处的位置"的距离和方向。
我们对匀变速直线运动和抛体运动进行研究时,基准点选择在运动的始点。我们对匀速圆周运动和简谐振动研究时,基准点选择在圆心或平衡位置(不动的点)。
参照物本来就应该是在研究过程中保持静止(或假定为静止)的点,我们的物理思路,就或手是"从确定的量、不变的量出发进行研究"。
确定的量和不变的量有本质的区别,在对匀变速直线运动和抛体运动进行研究时,基准点选择在运动的始点。这是确定的量,却不一定是不变的量。特别在我们进行分段研究时,每一阶段的终点,就是下一阶段的始点。我们选择运动的始点为基准点,可以简化研究过程,这是服从于物理研究的"化繁为简"的原则,因此,不惜在不同的研究阶段,选择不同的基准点。
在研究匀速圆周运动和简谐振动时,由于宏观上的周期性和微观上的拓朴性,问题很复杂,所以不能选运动的始点,作基准点进行研究,而要选择确定而且不变的圆心或者平衡位置,作基准点进行研究,也是服从于物理研究的"化繁为简"的原则。
‘叁’ 正交分解与圆周运动的结合
正交分解法在圆周运动中通常分为切激燃冲向和法向(半径).飞机水平转弯时升力和重力的合力(段斗也可以说是升力的水平分力).为什么我明歼常说圆周运动和能量问题的结合是天衣无缝的?你为什么这样说,我可不知道.
‘肆’ 常见的竖直平面内的圆周运动
1. 竖直平面内的圆周运动的特点
竖直平面内的圆周运动分为匀速圆周运动和变速圆周运动两种.常见的竖直平面内的圆周运动是物体在轨道弹力(或绳、杆的弹力)与重力共同作用下运动,多数情况下弹力(特别是绳的拉力与轨道的弹力)方向与运动方向垂直对物体不做功,而重力对物体做功使物体的动能不断变化,因而物体做变速圆周运动.若物体运动过程中,还受其他力与重力平衡,则物体做匀速圆周运动.
2. 变速圆周运动所受合外力产生两个效果
做变速圆周运动的物体受到的合力不指向圆心(图6-12-1),它产生两个方向的效果.
因此变速圆周运动的合外力不等于向心力,只是在半径方向的分力F1提供向心力.
3. 变速圆周运动中的正交分解
应用牛顿运动定律解答圆周运动问题时,常采用正交分解法,其坐标原点是做圆周运动的物体(视为质点)所在的位置,建立相互垂直的两个坐标轴:一个沿法线(半径)方向,法线方向的合力F1改变速度的方向;另一个沿切线方向,切线方向的合力F2改变速度的大小.(想一想,图 6-12-1中物体的速度在增大还是减小?)
4. 处理竖直平面内圆周运动的方法
如前所述,通常情况下,由于弹力对物体不做功,只有重力(或其他力)对物体做功,因此,运用能量观点(动能定理、机械能守恒定律)和牛顿运动定律相结合是解决此类问题的有效方法.另外要注意在不同约束条件下物体能完成圆周运动的条件不同:在绳(或沿圆轨道内侧运动)的约束下,最高点速度 ;在杆(或管)的约束下,最高点速度v ≥ 0.
【案例剖析】
例1.如图6-12-2所示,质量为m的小球自半径为R的光滑半圆形轨道最高点A处由静止滑下,当滑至最低点B时轨道对小球的支持力是多大?
解析:小球下滑过程中轨道对小球的弹力不做功,只有重力对小球做功,所以小球的机械能守恒.
例2.如图6-12-3所示,长为l的细绳一端固定在O点,另一端拴质量为m的小球,在O点正下方距离O点d处有一钉子.将细绳拉成水平无初速释放小球,为使细绳碰到钉子后小球能在竖直平面内做完整的圆周运动,d应满足什么条件?
解析:为使小球能绕钉子做完整的圆周运动,小球必须能通过圆周的最高点,设小球运动的轨道半径为R,则小球在最高点的速度应满足: .
由此可解得:R ≤ 0.4l.所以,d满足的条件是:0.6l ≤ d < l.
例3.风洞实验室中可产生大小、方向可调节的风力.用长为l的细线拴一小球将其放入风洞实验室,调节风力方向为水平向右(如图6-12-4所示),当小球静止在A点时,悬线与竖直方向夹角为α.试求:
⑴ 水平枝睁迅风力的大小;
⑵ 若将小球从竖直位置由静止释放,当悬线与竖直方向成多大角度时,小球的速度最大?最大速度是多少?
解析: ⑴参照图6-12-5,根据平衡知识,可求得风力大小F = mgtanα,同时还可求得风力与重力的合力为mg/cosα.
⑵当小球运动到细线与竖直方向夹角为β时,建立如早衫图6-12-6所示的坐标系:在x轴方向,当Fcosβ >mgsinβ时,小球速度在增大;当Fcosβ <mgsinβ时,小球速度在减小.当Fcosβ = mgsinβ时小球的速度达到最大,将第⑴问中的F代入即可解得:β = α.
思考:⑴小球静止在A点时,给小球多大的速度才能使它在竖直平面内做完整的圆周运动?
如图6-12-7所示,小球必须能通过B点才能做完整的圆周运动,设通过B点时小球的最小速度为vmin,则此时绳上拉力恰好为零.
⑵若将风力方向调节为竖直向上,并使风力大小恰好等于小球重力,那么,在最低点给小球水平方向的初速度,试分析小球的运动情况.
分析:因为合力对小球始终不做功,故动能不变,所以小球做匀速圆周运动.
【知识链接】
飞行员在进行特技飞行表演时,会发生黑视现象.当飞行猛此员从俯冲状态往上拉时(图6-12-8),血液处于超重状态,视重增大,心脏无法象平常一样运输血液,导致血压降低,从而导致视网膜缺血.
‘伍’ 急!高一物理
根据《数学》由代数和几何两门学科的组成,我把物理一切与向量有关的运算一律统一为两种方法:正迅者培交分解法和旋转分解法。 正交是以《代数》和《直角坐标系》为基础,旋转是以《几何》和《极坐标系》为基础。
脱离中国教育的传统式教学,物理上的这两种分析算法为本人自创内容。其中包括物理中的 动量,能量,电场力,电磁力等等。。。。目前编写的资料没有出版公开。如果楼主有兴趣我可以给你讲讲,这里我不能一一列出了。只是提及一下其数学根源。
再说一下:
直线运动是纯净的正交运动模型,因为其向量的正交分量有分量为常函数,如果选用旋转分解法研究则有些麻烦,旋转角速度和极径都不是常函数。
圆周运动是纯净的旋转运动模型,其向量旋转分量,极径为常函数,若选用正交分解法则有些麻烦,正交分量的表达式会出现复杂的三角正余弦函数运算。
如果用旋转分解法研究平面运动,则非圆周运动一律称为变轨的旋转运动,因为它的旋转分量:极径不再是时间的常函数了。
注意旋转分解法也和正交一样,选取某一定点作为参考点的。与这点的距离定义为极径,起点和终点与这点的连接形成的方向角作为旋转角度。这两个分量就是位移的两个旋转分量!
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有了以上阐述,楼主再接受本人的理念应该就容易了。
本题就是一个变轨运动(一般运动),用正交分解法是不容易理解的, 这里我采用旋转分解法。也就是使用极坐标系的思想。
两个物体都在做变轨运动,它们有两个分运动,第一个分运动是距离分量:R=f(t),R指物体与参考点(定滑轮)的距离(标量),因为物体轨迹是直线,不是定轨圆弧,所以f(t)不是常函数。第二个分运动是旋转分量:A=g(t)这里A指的是物体的旋转角度随时间的函数。(想想数学中的极坐标系中,坐标的表示法就明白了)
由上述基本分量,可以得到:
以物体与参考点所连接,所以的直线(极径)作为位置法向n轴(这里要区分速度的法向),以垂直于极径的方向作为位置切向t轴,然后建立n-s直角坐标系,把速度进行正交分解,即可得到两个正交向量关系:V总=Vt+Vn 右侧为两个正交分量,垂直。
上述思想,是与圆周运动中的向心加速度与切向加速度对速度的影响 是相互类比的,比如任意曲线运动中,向心加速度只影响速度的方向变化,切向加速度只影响速度的大小变化。这就是对速度进行了旋转分解。
这里是切向速度和法向速度对位移的影响!所以这里讲的也就是对位移向量的旋转分解:
显然,法向速度Vn只影响位移位向量的极径分量R,与物体极径的时间改变率(速率,不是速度)有关。而切向速度Vt只影响位体的角速分量A,与物体当前旋转的角速度w有关,
再看左右两个物体,它们之间只在R上产生着关系,在极径上有:三角R1=-三角R2 (三角代亩唯表增量算符)而在旋转角A上没有牵连关系。
又由于两个物理处于同一个时空,所以时间上有相等关系: 三角t1 = 三角t2
于是有 Vn1 = -Vn2 负号代表物理的法向速度相对于参考点是的远离和接近是相反的。
又:Vn1=- V1 cos60(负号代表物体1的极径随时间在减小) Vn2= + V2 cos30(正号代表物体2的极径随时间在减大)
建立关系有:V1 cos60 = V2 cos30 即可求得。
后面的不要抄袭本人。
另外怀念一下本人的 第一个,绿色PSP2000 V2+16G双飞 在公交上被小偷非法占有,第二个 粉红PSP2000 V2+16G红卡 被出租车嫌誉司机非法占有,我恨。。。
