圆周运动易错题分析

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  导读:物理的第一轮复习,首当其冲就是运动和力学。圆周运动是考题中常见的情境,如不进行细致分析,会造成意想不到的错误。平均速度在解决运动学问题时非常好用。
  六大化学思想在解题时非常重要,化学复习需回归课本,对习题、例题举一反三。哈哈,一定急不可待想看具体内容了吧! 细胞是生物基础知识点,原核生物包含哪些考点,细胞可能会考什么?看完生物两篇文章,您就知道了答案。
  
  圆周运动由于其运动的独特性,特别是竖直面内的圆周运动,若不进行深入细致的分析,往往会造成意想不到的错误,而且其中的错误不容易被发现。请看下面两个例子。
  【例1】如图所示,两个物体的质量分别为M和m(M >m),用细绳连接跨在半径为R的光滑半圆柱的两端,连接体由图示位置从静止开始运动,当m到达半圆柱顶端时,刚好脱离表面,求:
  (1)m到达圆柱顶端的速度;
  (2)M与m的比值。
  【解析】(1)m到达半圆柱顶端时,刚好脱离表面,有
  解得:
  【辩析】以上解答看似没有任何问题,但是小球m能否沿半圆柱面运动到顶端呢?在这之前会不会与半圆柱面分离呢?
  m在顶端刚好脱离表面,即对表面的压力刚好为零,重力提供向心力,即
  m在到达顶端前的速度v′>v,重力沿半径方向的分力
  即不足以提供小球做圆周运动所需的向心力,小球做离心运动,小球肯定在到达顶端前就已经离开半圆柱面了。
  因此本题笔者认为具有科学性错误,那么怎么修改呢?其实很简单,只要在半圆柱的外面罩一个光滑的半圆形轨道,和半圆柱面形成一个内径很小的管道,如右图所示,把题目中的“当m到达半圆柱顶端时,刚好脱离表面”改为“刚好对管道没有作用力”,以上的问题就解决了。
  【例2】一个质量为M的立方体物块放在水平地面上。一根长为L的轻质细线一端系一个质量为m的小球,另一端拴在物体竖直面上的一颗钉子上。静止时,细线自然下垂。现给小球一水平向右的初速度v0且 ,设在以后的运动过程中,物块始终静止在地面上。试求:物块对地面的最大压力和最小压力。
  【解析】当小球在最低点时,物块对地面的压力最大。
  根据牛顿第三定律物块对地面的最大压力为(Mg+7mg)。
  当小球在最高点时,物块对地面的压力最小。
  根据牛顿第三定律物块对地面的最大压力为(Mg-mg)。
  【辩析】上述解法看似正确。但当小球在最高点时,物块对地面的压力最小吗?
  如图,设当小球向上运动到与竖直方向的夹角为θ时速度为v,有
  则细线对物块的拉力的竖直分量最大值为 ,
  所以,当小球运动到与竖直方向的夹角 时,物块对地面的压力最小,最小值为 。
  可见,认为小球在最高点时,物块对地面的压力最小是错误的。让我们来研究问题到底出在哪里。小球在什么位置物块对地面的压力最小跟小球具有的初速度v0有关。若 ,来看看情况怎样?
  同样用机械能守恒定律和牛顿第二定律得细线对小球的拉力为
  其竖直分量为
  当 时,Ty最大,
  即小球在最高点时,物块对地面的压力最小,最小值为(Mg-3mg)
  若 呢?细线对小球的拉力为
  在该区间内,当 时,Ty最大,
  即小球在最高点时,物块对地面的压力最小,最小值为(Mg-3mg)
  综上所述,小球运动到什么位置对物块的拉力最大,则物块对地面的压力最小,跟小球在最低点的初速度有关。
  当 时,小球在最高点时,物块对地面的压力最小;
  当 时,小球在上升到最高点前的某个位置,物块对地面的压力最小;当 时,小球不能通过最高点。
  可见,对于竖直面内圆周运动问题,无论是命题者还是解题者,都应该慎重考虑,不能凭经验或者凭感觉,一定要注意竖直面内圆周运动的特殊性。
  责任编辑 李婷婷
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