高中物理情景与模型教学之圆周运动分析

黄风林

【摘要】高中物理教學中，一般对竖直平面内的圆周运动和水平面内圆周运动两种情况进行实例分析和研究。物体在竖直平面的圆周运动，是学生普遍感到难学难懂的地方，笔者在多年教学中感到物体在竖直平面内做圆周运动，如果教学中能够透彻地作出分析，让学生理解掌握物理模型，则可以解决竖直平面内圆周运动的难题。

【关键词】物理：情景;模型教学;圆周;运动

物体在竖直平面内圆周运动有两个模型：绳拉小球在竖直平面内的圆周运动和轻杆带小球在竖直平面内的圆周运动，两者的区别是前者绳子只能对运动的小球产生拉力作用，后者轻杆对运动的小球可以有拉力，也可以有支持力作用。这两个模型都是变速圆周运动，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的位置 最高点和最低点。而物体在水平面内圆周运动相对简单，以圆锥摆模型为例关键问题是向心力的来源。

模型拓展：这个模型可以拓展到其他情形，如小球在竖直（光滑）圆弧轨道内侧的圆周运动、水流星的运动、过山车运动等。这些实例中，做圆周运动物体受力情形与竖直平而内的圆周运动的轻绳拉小球完全相同。

二、轻杆模型：

（一）轻杆模型的特点

1.轻杆的质量和重力不计;

2.任意方向的形变不计，只能产生和承受各方向的拉力和压力;

3.轻杆拉力和压力的变化不需要时间，具有突变性。

（二）轻杆模型在圆周运动中的应用

轻杆的一端连着一个小球在竖直平而内做圆周运动，小球通过最高点时，轻杆对小球产生弹力的情况：

三、圆锥摆模型在圆周运动中的应用

分析：摆球在水平面上做匀速圆周运动，加速度必定指向圆心，依据牛顿第二定律，对摆球受力分析，得：

拓展延伸，解决水平面内的匀速圆周的问题仍然是牛顿定律的问题，运用规律时采用的基本方法是正交分解法，圆锥摆是物理学中一个基本模型，许多现象都含有这个模型。