对变速圆周运动的深刻剖析

变速圆周运动的深层分析匀速圆周运动是中学物理中一个非常重要的内容。这是中学曲线运动定量分析的一个例子。然而，在命题和教学的这一部分，不可避免地涉及到变速圆周运动。笔者发现，目前市场上的教学参与材料在处理这类问题时，在物理方面不够严谨。新课程标准的教科书通过链球运动的实例和学生自己制作小沙袋做变速圆周运动的经验，简单介绍了变速圆周运动。从大学普通物理的角度出发，引入角加速度，进一步分析了教学和生活中变速圆周运动的两个问题。案例1如图所示，在一个匀速旋转的水平圆盘上，有两个质量相同的物体沿半径方向运动。它们与圆盘有相同的摩擦系数。当磁盘旋转得更快时，哪个对象将首先相对于磁盘滑动，为什么？数字这个问题的答案和老师的解释如下：从问题的含义来看，两个物体所能承受的最大静摩擦力是相等的，物体跟随转盘做圆周运动所需的向心力是由静摩擦力提供的。当物体受到的静摩擦力不能满足所需的向心力时，物体立即相对于转盘滑动，因为角速度相同，所以它先滑动。参观钟表业教师在解释离心运动时，经常以洗衣机脱水为例。解释过程大致如下：当洗衣机分离滚筒的转速增加时，水滴的速度也增加。由此可以看出，水滴随着衣服做圆周运动所需的向心力增加，当水滴附着在衣服上时，水滴从衣服上分离。从表面上看，上述两种情况似乎得到了很好的解释，但实际上并非如此。这两种情况都属于变速圆周运动。对于变速圆周运动的物体，它有两个加速度。一方面是向心加速度(约束物体做圆周运动)，另一方面是切向加速度(改变物体的速度)。如图所示，其闭合加速度为。数字对于前两种情况，切向速度是切向加速度(角加速度)。当转盘和分离鼓加速旋转时，必须有角加速度，所以物体和水滴必须有切向加速度。它们的总加速度是。因此，它们受到的外力是沿着方向的。对于情况1中的滑块，当转盘加速时，它将在达到角速度之前开始滑动。它应该立刻开始滑动。由此可见，当滑块相对于转盘滑动时是相关的。同样，对于脱水，当粘连发生时，水滴会离开衣服。同样，当水滴离开衣服是相关的。由此可以看出，当洗衣机脱水时，脱水在洗衣机转速增加到稳定水平之前完成。从节能的角度来看，既然脱水一分钟和两分钟有同样的效果，一分钟就足够了。事实上，教学过程中的许多离心运动都涉及切向加速度。在教学中，我们必须掌握知识的来源，尊重物理学的科学性，以免误导学生，影响他们的发展。练习1如图所示。对象块被放置在水平转盘上，并与转盘一起移动。在图中，它沿着半径指向圆心。对于垂直，以下陈述是正确的()A.当转盘以恒定速度旋转时，作用在物体块上的摩擦力的方向就是这个方向。当转盘加速时，作用在物体上的摩擦力的方向可能就是这个方向。当转盘加速时，物体块上摩擦力的方向可能就是这个方向。数字当转盘减速时，物体块上摩擦力的方向可能就是这个方向。回答：b，d练习2如图所示，质量块和转盘之间的最大静摩擦力是物体重力的两倍。它远离旋转轴。封锁开始了分析：小块和转盘从静止开始旋转，必须做加速圆周运动。随着小物体的速度逐渐增加，沿切线方向的静摩擦力必须有一个分量产生切向加速度，另一个分量指向圆心，以提供圆周运动所需的向心力并产生向心加速度。从这个问题可以看出，小块在转盘上