“靠(近)心運(yùn)動”??圓周運(yùn)動教學(xué)中的一個易被忽視的問題應(yīng)當(dāng)

編輯: 逍遙路 關(guān)鍵詞: 高中物理 來源: 高中學(xué)習(xí)網(wǎng)

無論是專家編寫的教材,還是我們教師的課堂教學(xué),對圓周運(yùn)動中的“靠(近)心運(yùn)動”現(xiàn)象幾乎很少提及。這本應(yīng)和離心運(yùn)動現(xiàn)象對稱的一個重要方面的忽視,讓學(xué)生在理解有關(guān)向心力和離心運(yùn)動和靠心運(yùn)動問題帶來困難。

物體做圓周運(yùn)動時,物體所需要的向心力(簡稱”需“)與外界能提供的向心力(簡稱”供“)是一個對立統(tǒng)一體,只有當(dāng)這一對矛盾達(dá)到平衡的時候,即向心力供和需動態(tài)平衡之時物體才能做圓周運(yùn)動,一旦這對矛盾達(dá)不到平衡物體就會做離心運(yùn)動或靠心運(yùn)動。但現(xiàn)行很多版本高中物理教材,都強(qiáng)調(diào)離心運(yùn)動及離心現(xiàn)象的害處和離心運(yùn)動的應(yīng)用,但幾乎沒有提及近心運(yùn)動。學(xué)生只知離心運(yùn)動,不知近心運(yùn)動,或?qū)倪\(yùn)動認(rèn)識不足,無法完整、正確地理解物體做勻速圓周運(yùn)動的條件。只有學(xué)生既知道離心運(yùn)動又認(rèn)識近心運(yùn)動才能正確分析相關(guān)問題。以下是用近心運(yùn)動分析的幾個典例。

例一、在分析諸如火車(汽車)在通過有一定的傾斜角的彎道處時一類問題,若其運(yùn)動速度小于限定速度時,所需向心力小于提供的向心力(mgtanθ)時,車就有近心運(yùn)動的趨勢,這時內(nèi)側(cè)軌道對車產(chǎn)生側(cè)向彈力,抵消原來過大的向心力,讓供需再達(dá)到新的平衡。

例二、輕桿連接的小球在豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動時,通過最高點(diǎn)的受力分析同樣離不開對近心運(yùn)動的了解。如果學(xué)生只有對離心運(yùn)動的認(rèn)識而沒有對近心運(yùn)動的了解,就不能很好地判斷出,在最高點(diǎn)輕桿對小球的彈力到底是支持力還是拉力。事實(shí)上,當(dāng)小球在最高點(diǎn)的速度過小時,需要的向心力小于重力,小球有近心運(yùn)動趨勢,桿要產(chǎn)生向上的彈力,抵消掉一部分重力,讓向心力的供需才能再達(dá)到平衡。

例三、地球衛(wèi)星繞地球運(yùn)動時向心力的供需平衡時,做勻速圓周運(yùn)動。若衛(wèi)星速度減小,所需的向心力減小,地球?qū)πl(wèi)星的引力(提供的向心力)大于需要的向心力,這時,衛(wèi)星就會近心運(yùn)動,由大的圓形軌道變成稍小的橢圓軌道。

近心運(yùn)動與離心運(yùn)動是由勻速圓周運(yùn)動變化而來的兩種運(yùn)動形式,不可只強(qiáng)調(diào)離心運(yùn)動,而忽視了近心運(yùn)動,希望今后專家在教材編寫和我們教師在教學(xué)時,對靠(近)心運(yùn)動也給予足夠的重視。

佛山市順德區(qū)杏壇中學(xué) 劉朝明


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