試論高中物理圓周運(yùn)動解題方法

黨然

摘要：運(yùn)動學(xué)中的圓周運(yùn)動是高考物理必考知識，當(dāng)我們能將圓周運(yùn)動相關(guān)的知識較好掌握之后，也有利于我們物理題分析能力的提升，在學(xué)習(xí)物理其他運(yùn)動學(xué)知識時也能更為輕松.筆者認(rèn)為，在學(xué)習(xí)圓周運(yùn)動知識時，首先應(yīng)入手于研究對象的確定，將物體做圓周運(yùn)動的條件及其特點(diǎn)抓住.下文就筆者自身對圓周運(yùn)動的解題經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行了論述。

關(guān)鍵詞：高中物理 圓周運(yùn)動 解題方法

圓周運(yùn)動屬于曲線運(yùn)動，是一種基礎(chǔ)知識，可有機(jī)結(jié)合電磁場等其他知識點(diǎn)。依據(jù)向心力的作用可對物體運(yùn)動速度不斷進(jìn)行改變，使其保持與圓周軌跡相符合的持續(xù)運(yùn)動。在圓周運(yùn)動相關(guān)題型的解答過程中，首先需對其內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行深化，隨后在物理公式的轉(zhuǎn)換下，將運(yùn)動要素間的聯(lián)系明確，如此不但可將問題順利解決，同時也有利于自身知識架構(gòu)的完善。

一、高中物理圓周運(yùn)動知識重點(diǎn)關(guān)注點(diǎn)

一方面，線速度瞬時性的理解。線速度表示的是物體在運(yùn)動過程中通過的弧長對比耗費(fèi)時間的比值，是一個極為重要的圓周運(yùn)動物理量，可用于圓周運(yùn)動物體運(yùn)動速度的表示，類似于直線運(yùn)動中的速度。線速度的表達(dá)公式為ΔS/ΔT，大部分同學(xué)在理解該公式時都會有誤區(qū)產(chǎn)生，在勻速圓周運(yùn)動的影響下會有思維定式形成，認(rèn)為線速度始終都保持一致[1]?；蚴莻€別同學(xué)受表達(dá)公式的誤導(dǎo)，認(rèn)為線速度是平均概念的表達(dá)。實(shí)質(zhì)上，線速度具備瞬時性的本質(zhì)特征，弧長指的是在很短時間內(nèi)物體走過的弧長，而因過于短暫的時間，故而通過計算得到的數(shù)字也具備瞬時性特征。

另一方面，向心力、向心加速度瞬時性的理解。向心加速度同樣具備瞬時性特征。以圓周軌跡做運(yùn)動的物體在做曲線運(yùn)動，物體會有不斷變化的加速度方向，故而物體也會有不斷變化的速度。以圓周軌跡做運(yùn)動的物體從一點(diǎn)朝著另一點(diǎn)運(yùn)動的過程只需要十分短的時間。故而，向心加速度指的是在某一瞬間線速度的變化量，在圓周運(yùn)動的各個位置中，向心加速度都會有一定的變化產(chǎn)生，故而向心加速度也具備瞬時性特征。大部分同學(xué)因直線運(yùn)動加速度的緣故，在對向心加速度的理解過程中會有一定的偏差產(chǎn)生，認(rèn)為向心加速度可用于物體速度變化快慢的表達(dá)。而這類誤解之所以會出現(xiàn)，主要在于一些同學(xué)未能將以圓周軌跡做運(yùn)動的物體加速度的瞬時性清楚理解。因此，我們需要注意的是，向心加速度是線速度方向改變的體現(xiàn)，同時也是瞬時性變化的體現(xiàn)。

有關(guān)圓周運(yùn)動題型的解答具體可概括為“一確二找三分析，四列方程五解題”，首先需將研究對象確定，隨后將題目中運(yùn)動參量找出，通過對物體受力情況的分析，將向心力計算出來，在完成動力學(xué)方程的列式后，便可順利完成解答。下文就相關(guān)圓周運(yùn)動問題分析了解題方法。

二、運(yùn)動學(xué)中的圓周運(yùn)動

變加速曲線運(yùn)動中，勻速圓周運(yùn)動十分特殊，要想將圓周運(yùn)動的典型性、特殊性進(jìn)一步突出，可在圓周運(yùn)動規(guī)律的描述中，將周期T、頻率f、向心加速度a、速度v和角速度ω等各個運(yùn)動變量引入，以便實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動必備物理量及其相關(guān)公式的熟練掌握及深入理解[2]。同時，也可將更多的理論依據(jù)供于往后的解題使用，通過靈活選擇、應(yīng)用，促使自身邏輯思維能力得到有效培養(yǎng)、提升。

例1：下圖1中，甲、乙、丙三個輪子的構(gòu)成分別為兩個內(nèi)、外大小不同的輪軸?，F(xiàn)有內(nèi)外兩輪R：r=3：2的半徑之比，那么將甲、乙、丙借助皮帶依次連接后，甲輪外邊緣具有v0的速度，那么丙輪外邊緣具有多少的線速度？

三、圓周運(yùn)動臨界問題

電磁場方面，圓周運(yùn)動具有十分廣泛的運(yùn)用。粒子朝著有邊界的磁場前進(jìn)時，在不同的邊界條件下會有臨界狀態(tài)問題產(chǎn)生。如在某個邊界處帶電粒子恰好無法射出磁場的條件，此時便可在邊界條件的運(yùn)用下完成粒子運(yùn)動軌跡、半徑及時間等的確定。

例2：下圖中，一粒子（質(zhì)量為、帶電量為q）從a點(diǎn)以v速度朝著第一象限區(qū)域平行射入，要想使該粒子從b點(diǎn)射出時的速度是與x軸垂直的v，可適當(dāng)進(jìn)行與該平面相垂直、磁感應(yīng)強(qiáng)度為B的勻強(qiáng)磁場的添加[3]。設(shè)該磁場僅在某一圓形區(qū)域內(nèi)分布，那么該磁場區(qū)域最小半徑為多少？

四、豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動問題

有關(guān)豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動的問題通常包含三種情況，對其運(yùn)動受力特點(diǎn)進(jìn)行分析：

繩子拉球問題（下圖3，甲），只可能存在向下的彈力，該情況下小球若想通過最高點(diǎn)就必須F+mg=（mv2 ）/R≥mg;

車過橋問題（下圖3，乙），只可能存在向上的彈力，該情況下車要想順利通過橋面，就必須mg-F=（mv2 ）/R≤mg;

管內(nèi)轉(zhuǎn)求問題（下圖3，丙），可能存在向上或向下的彈力。其中，第一種情況下，物體受到向下的彈力，也就是F+mg=（mv2 ）/R≥mg;物體受到向上的彈力，也就是mg-F（mv2 ）/R≤mg;物體受到為零的彈力，也就是F+mg=（mv2）/R=mg;第二種情況，彈力F<mg時，向心力的解有F±m(xù)g兩個解;彈力F>mg時，向心力為零，此時小球便可以通過最高點(diǎn)。

五、結(jié)語

總而言之，作為高中物理重點(diǎn)知識內(nèi)容的圓周運(yùn)動，我們在具體學(xué)習(xí)過程中需要將圓周運(yùn)動的核心、本質(zhì)特征牢固掌握，立足于瞬時性角度對圓周運(yùn)動、線速度、向心力及向心加速度等瞬時性特征進(jìn)行了解，并在此基礎(chǔ)上結(jié)合相關(guān)訓(xùn)練實(shí)現(xiàn)圓周運(yùn)動知識的深入掌握、鞏固。

參考文獻(xiàn)：

[1]孫岸文.淺析高中物理圓周運(yùn)動的幾種解題方法[J].數(shù)理化解題研究，2016，（31）：73-73.

[2]周侃.淺析高中物理中圓周運(yùn)動的問題[J].數(shù)理化解題研究，2016，（12）：65-65.

[3]李松英.高中物理勻速圓周運(yùn)動與平拋運(yùn)動結(jié)合解題技巧研究[J].考試周刊，2018，（44）.

（作者單位：湖北省武昌實(shí)驗(yàn)中學(xué)）