高中物理情景與模型教學(xué)之圓周運(yùn)動(dòng)分析

黃風(fēng)林

【摘要】高中物理教學(xué)中，一般對豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)和水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)兩種情況進(jìn)行實(shí)例分析和研究。物體在豎直平面的圓周運(yùn)動(dòng)，是學(xué)生普遍感到難學(xué)難懂的地方，筆者在多年教學(xué)中感到物體在豎直平面內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，如果教學(xué)中能夠透徹地作出分析，讓學(xué)生理解掌握物理模型，則可以解決豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)的難題。

【關(guān)鍵詞】物理：情景;模型教學(xué);圓周;運(yùn)動(dòng)

物體在豎直平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)有兩個(gè)模型：繩拉小球在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)和輕桿帶小球在豎直平面內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)，兩者的區(qū)別是前者繩子只能對運(yùn)動(dòng)的小球產(chǎn)生拉力作用，后者輕桿對運(yùn)動(dòng)的小球可以有拉力，也可以有支持力作用。這兩個(gè)模型都是變速圓周運(yùn)動(dòng)，運(yùn)動(dòng)過程復(fù)雜，合外力不僅要改變運(yùn)動(dòng)方向，還要改變速度大小，所以一般不研究任意位置的情況，只研究特殊的位置 最高點(diǎn)和最低點(diǎn)。而物體在水平面內(nèi)圓周運(yùn)動(dòng)相對簡單，以圓錐擺模型為例關(guān)鍵問題是向心力的來源。

模型拓展：這個(gè)模型可以拓展到其他情形，如小球在豎直（光滑）圓弧軌道內(nèi)側(cè)的圓周運(yùn)動(dòng)、水流星的運(yùn)動(dòng)、過山車運(yùn)動(dòng)等。這些實(shí)例中，做圓周運(yùn)動(dòng)物體受力情形與豎直平而內(nèi)的圓周運(yùn)動(dòng)的輕繩拉小球完全相同。

二、輕桿模型：

（一）輕桿模型的特點(diǎn)

1.輕桿的質(zhì)量和重力不計(jì);

2.任意方向的形變不計(jì)，只能產(chǎn)生和承受各方向的拉力和壓力;

3.輕桿拉力和壓力的變化不需要時(shí)間，具有突變性。

（二）輕桿模型在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

輕桿的一端連著一個(gè)小球在豎直平而內(nèi)做圓周運(yùn)動(dòng)，小球通過最高點(diǎn)時(shí)，輕桿對小球產(chǎn)生彈力的情況：

三、圓錐擺模型在圓周運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)用

分析：擺球在水平面上做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，加速度必定指向圓心，依據(jù)牛頓第二定律，對擺球受力分析，得：

拓展延伸，解決水平面內(nèi)的勻速圓周的問題仍然是牛頓定律的問題，運(yùn)用規(guī)律時(shí)采用的基本方法是正交分解法，圓錐擺是物理學(xué)中一個(gè)基本模型，許多現(xiàn)象都含有這個(gè)模型。