2021高中物理圆周运动教案大全

2021高中物理圆周运动教案大全

在物理学中，圆周运动(circularmotion)是在圆上转圈：一个圆形

路径或轨迹。当考虑一件物体的圆周运动时，物体的体积大小可以被

忽视，并将其看成一质点(在空气动力学上除外)。接下来是我为大家

整理的2021高中物理圆周运动教案大全，盼望大家喜爱！

2021高中物理圆周运动教案大全一

圆周运动

一、考纲要求

1.把握描述圆周运动的物理量及它们之间的关系

2.理解向心力公式并能应用;了解物体做离心运动的条件.

二、学问梳理

1.描述圆周运动的物理量

⑴线速度：描述物体圆周运动快慢的物理量.

v==.

⑵角速度：描述物体绕圆心转动快慢的物理量.

0)==.

(3)周期和频率：描述物体绕圆心转动快慢的物理量.

T=,T=.

⑷向心加速度：描述速度方向变化快慢的物理量.

an=ru)2==u)v=r.

2.向心力

1

⑴作用效果：产生向心加速度，只转变速度的方向，不转变速度

的大小.

(2)大小：F=m=ma)2r=m=mu)v=4n2mf2r

(3)方向：总是沿半径方向指向圆心，时刻在转变，即向心力是一

个变力.

(4)来源：向心力可以由一个力供应，也可以由几个力的合力供应,

还可以由一个力的分力供应.

3.匀速圆周运动与非匀速圆周运动

(1)匀速圆周运动

①定义：线速度大小不变的圆周运动.

②性质：向心加速度大小不变，方向总是指向圆心的变加速曲

线运动.

③质点做匀速圆周运动的条件

合力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心.

(2)非匀速圆周运动

①定义：线速度大小、方向均发生变化的圆周运动.

②合力的作用

a.合力沿速度方向的重量Ft产生切向加速度，Ft=mat,它只转变

速度的方向.

b.合力沿半径方向的重量Fn产生向心加速度，Fn=man,它只转

变速度的大小.

4.离心运动

2

(1)本质：做圆周运动的物体，由于本身的惯性，总有沿着圆周切

线方向飞出去的倾向.

(2)受力特点(如图所示)

①当F=mru)2时，物体做匀速圆周运动；

②当F=0时，物体沿切线方向飞出；

③当F

为实际供应的向心力.

④当Fmru)2时，物体渐渐向圆心靠近，做向心运动.

三、要点精析

L圆周运动各物理量间的关系

2.对公式v=u)r和a==u)2r的理解

(1)由v=u)r知，r肯定时，v与0)成正比;3肯定时，v与r成正比;v

肯定时，0)与r成反比.

⑵由a==u)2r知，在v肯定时，a与r成反比;在肯定时，a与

r成正比.

3.常见的三种传动方式及特点

(1)皮带传动：如图甲、乙所示，皮带与两轮之间无相对滑动时，

两轮边缘线速度大小相等，即vA=vB.

⑵摩擦传动：如图甲所示,两轮边缘接触，接触点无打滑现象时，

两轮边缘线速度大小相等，即vA=vB.

⑶同轴传动：如图乙所示，两轮固定在一起绕同一转轴转动，两

轮转动的角速度大小相等，即3A=u)B.

3

4.向心力的来源

向心力是按力的作用效果命名的，可以是重力、弹力、摩擦力等

各种力，也可以是几个力的合力或某个力的分力，因此在受力分析中

要避开再另外添加一个向心力.

5.向心力的确定

(1)先确定圆周运动的轨道所在的平面，确定圆心的位置.

⑵再分析物体的受力状况，找出全部的力沿半径方向指向圆心的

合力就是向心力.

6.圆周运动中的临界问题

临界问题广泛地存在于中学物理中，解答临界问题的关键是精确

推断临界状态，再选择相应的规律敏捷求解，其解题步骤为：

(1)推断临界状态：有些题目中有"刚好""恰好”"正好〃等字眼，明

显表明题述的过程存在着临界点;若题目中有"取值范围”"多长时

间”"多大距离”等词语，表明题述的过程存在着“起止点〃，而这些起止

点往往就是临界状态;若题目中有"最大〃"最小""至多""至少〃等字眼，

表明题述的过程存在着极值，这个极值点也往往是临界状态.

⑵确定临界条件：推断题述的过程存在临界状态之后，要通过分

析弄清临界状态消失的条件，并以数学形式表达出来.

(3)选择物理规律：当确定了物体运动的临界状态和临界条件后,

对于不同的运动过程或现象，要分别选择相对应的物理规律，然后再

列方程求解.

7.竖直平面内圆周运动的“轻绳、轻杆”

4

［模型概述］

在竖直平面内做圆周运动的物体，运动至轨道最高点时的受力状

况可分为两类.一是无支撑（如球与绳连接，沿内轨道的“过山车"等）,

称为“轻绳模型”;二是有支撑（如球与杆连接，小球在弯管内运动等）,

称为"轻杆模型

［模型条件］

⑴物体在竖直平面内做变速圆周运动.

（2）“轻绳模型〃在轨道最高点无支撑，“轻杆模型〃在轨道最高点有

支撑.

［模型特点］

该类问题常有临界问题，并伴有"最大〃"最小""刚好"等词语，现

对两种模型分析比较如下：

?绳模型杆模型常见类型均是没有支撑的小球均是有支撑

的小球过最高点的临界条件由mg=m得v临=由小球恰能做圆周

运动得v临=0争论分析⑴过最高点时，,FN+mg=m,绳、圆

轨道对球产生弹力FN（2）不能过最高点时，v,在到达最高点前小球

已经脱离了圆轨道（1）当v=0时，FN=mg,FN为支持力，沿半径背离

圆心⑵当0时，FN+mg=m,FN指向圆心并随v的增大而增大

四、典型例题

L质量为m的小球由轻绳a、b分别系于一轻质木架上的A和C

点，绳长分别为la、lb,如图所示，当轻杆绕轴BC以角速度U）匀速

转动时，小球在水平面内做匀速圆周运动，绳a在竖直方向，绳b在

5

水平方向，当小球运动到图示位置时，绳b被烧断的同时轻杆停止转

动,则（？）

A.小球仍在水平面内做匀速圆周运动B.在绳b被烧断瞬间，绳a

中张力突然增大C.若角速度U）较小，小球在垂直于平面ABC的竖直

平面内摇摆D.绳b未被烧断时，绳a的拉力大于mg,绳b的拉力为

mo）21b【答案】BC

【解析】依据题意，在绳b被烧断之前，小球绕BC轴做匀速圆

周运动，竖直方向上受力平衡，绳a的拉力等于mg,D错误;绳b被

烧断的同时轻杆停止转动，此时小球具有垂直平面ABC向外的速度,

小球将在垂直于平面ABC的平面内运动，若3较大，则在该平面内

做圆周运动，若U）较小，则在该平面内来回摇摆，C正确，A错误;

绳b被烧断瞬间，绳a的拉力与重力的合力供应向心力，所以拉力大

于小球的重力，绳a中的张力突然变大了，B正确.

2.下列关于匀速圆周运动的说法，正确的是（？）

A.匀速圆周运动的速度大小保持不变，所以做匀速圆周运动的物

体没有加速度B.做匀速圆周运动的物体，虽然速度大小不变，但方

向时刻都在转变，所以必有加速度C.做匀速圆周运动的物体，加速

度的大小保持不变，所以是匀变速曲线运动D.匀速圆周运动加速度

的方向时刻都在转变，所以匀速圆周运动肯定是变加速曲线运动【答

案】BD

【解析】速度和加速度都是矢量，做匀速圆周运动的物体，虽然

速度大小不变，但方向时刻在转变，速度时刻发生变化，必定具有加

6

速度.加速度大小虽然不变，但方向时刻在转变，所以匀速圆周运动

是变加速曲线运动.故本题选B、D.

3.雨天野外骑车时，在自行车的后轮轮胎上常会粘附一些泥巴，

行驶时感觉很“沉重”.假如将自行车后轮撑起，使后轮离开地面而悬空,

然后用手匀速摇脚踏板，使后轮飞速转动，泥巴就被甩下来.如图所

示，图中a、b、c、d为后轮轮胎边缘上的四个特别位置，则(？)

A.泥巴在图中a、c位置的向心加速度大于b、d位置的向心加速

度B.泥巴在图中的b、d位置时最简单被甩下来C.泥巴在图中的c

位置时最简单被甩下来D.泥巴在图中的a位置时最简单被甩下来

【答案】C

【解析】当后轮匀速转动时，由2=口0)2知a、b、c、d四个位置

的向心加速度大小相等，A错误.在角速度3相同的状况下，泥巴在a

点有Fa+mg=mu)2R,在b、d两点有Fb=Fd=mo)2R,在c点有Fc-mg=mu)2R.

所以泥巴与轮胎在c位置的相互作用力最大，最简单被甩下来,故B、

D错误，C正确.

4.如图所示，在双人花样滑冰运动中，有时会看到被男运动员拉

着的女运动员离开地面在空中做圆锥摆运动的精彩场面，目测体重为

G的女运动员做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角约为30°,重力加速

度为g,估算该女运动员(？)

A.受到的拉力为GB.受到的拉力为2GC.向心加速度为gD.向心

加速度为2g【答案】B

【解析】对女运动员受力分析，由牛顿其次定律得，水平方向

7

FTcos30°=ma,竖直方向FTsin30°-G=0,解得FT=2G,a=g,A、C、D

错误，B正确.

5.如图所示，光滑水平面上，小球m在拉力F作用下做匀速圆周

运动.若小球运动到P点时，拉力F发生变化，下列关于小球运动状

况的说法正确的是(？)

A.若拉力突然消逝，小球将沿轨道Pa做离心运动B.若拉力突然

变小，小球将沿轨迹Pa做离心运动C.若拉力突然变大，小球将沿轨

迹Pb做离心运动D.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pc运动【答案】

A

【解析】在水平面上，细绳的拉力供应m所需的向心力，当拉

力消逝，物体受力合为零，将沿切线方向做匀速直线运动，故A正确.

当拉力减小时，将沿pb轨道做离心运动，故BD错误当拉力增大时，

将沿pc轨道做近心运动，故C错误.故选：A.

6.(多选)如图(a)所示，小球的初速度为vO,沿光滑斜面上滑，能

上滑的最大高度为h.在图(b)中，四个小球的初速度均为vO,在A中，

小球沿一光滑轨道内侧向上运动，轨道半径大于h;在B中，小球沿一

光滑轨道内侧向上运动，轨道半径小于h;在C中，小球沿一光滑轨道

内侧向上运动，轨道直径等于h;在D中，小球固定在轻杆的下端，轻

杆的长度为h的一半，小球随轻杆绕0点向上转动.则小球上升的高

度能达到h的有(?)

【答案】AD

【解析】A中，RAh,小球在轨道内侧运动，当v=0时，上上升

8

度hra,故不存在脱轨现象，a满意题意;d中轻杆连着小球在竖直平

面内运动，在最高点时有v=0,此时小球恰好可到达最高点，d满意

题意;而b、c都存在脱轨现象，脱轨后最高点速度不为零，因此上上

升度h，h,故应选a、d.p=

7.如图所示，长为L的细绳一端固定，另一端系一质量为m的小

球.给小球一个合适的初速度，小球便可在水平面内做匀速圆周运动,

这样就构成了一个圆锥摆，设细绳与竖直方向的夹角为6.下列说法中

正确的是(?)

A.小球受重力、绳的拉力和向心力作用B.小球做圆周运动的半径

为LC.0越大，小球运动的速度越大D.0越大，小球运动的周期越大

【答案】C

【解析】小球只受重力和绳的拉力作用，合力大小为F=mgtan0,

半径为R=Lsin0,A、B错误;小球做圆周运动的向心力是由重力和绳

的拉力的合力供应的，则mgtan6=m,得到v=sin8,6越大，小球

运动的速度越大，C正确;周期T==2n,6越大，小球运动的周期越

小，D错误.

8.如图所示，足够长的斜面上有a、b、c、d、e五个点，ab=bc=cd=de,

从a点水平抛出一个小球，初速度为v时，小球落在斜面上的b点,

落在斜面上时的速度方向与斜面夹角为6;不计空气阻力，初速度为

2v时(？)

A.小球可能落在斜面上的c点与d点之间B.小球肯定落在斜面上

的e点C.小球落在斜面时的速度方向与斜面夹角大于0D.小球落在

9

斜面时的速度方向与斜面夹角也为0【答案】BD

【解析】设ab=bc=cd=de=LO,斜面倾角为a,初速度为v时，小

球落在斜面上的b点，则有LOcosa=vtl,LOsina=.初速度为2V时，

则有Leosa=2vt2,Lsina=,联立解得L=4L0,即小球肯定落在斜面上

的e点，选项B正确，A错误;由平抛运动规律可知，小球落在斜面时

的速度方向与斜面夹角也为g选项C错误，D正确.

9.物体做圆周运动时所需的向心力F需由物体运动状况打算，合

力供应的向心力F供由物体受力状况打算.若某时刻F需=F供，则物

体能做圆周运动;若F需F供，物体将做离心运动;若F需

⑴为保证小球能在竖直面内做完整的圆周运动，在A点至少应

施加给小球多大的水平速度？

(2)在小球以速度vl=4m/s水平抛出的瞬间，绳中的张力为多少?

(3)在小球以速度v2=lm/s水平抛出的瞬间，绳中若有张力，求

其大小;若无张力，试求绳子再次伸直时所经受的时间.

【答案】⑴？m/s⑵3N⑶无张力，0.6s

【解析】(1)小球做圆周运动的临界条件为重力刚好供应最高点时

小球做圆周运动的向心力，即mg=m=,解得v0==m/s.

(2)由于vlvO,故绳中有张力.依据牛顿其次定律有FT+mg=m,

代入数据得绳中张力FT=3N.

(3)由于v2

10.在高级沥青铺设的高速大路上，汽车的设计时速是108km/h.

汽车在这种路面上行驶时一，它的轮胎与地面的最大静摩擦力等于车重

10

的0.6倍.

(1)假如汽车在这种高速大路的水平弯道上拐弯，假设弯道的路面

是水平的，其弯道的最小半径是多少？

(2)假如高速大路上设计了圆弧拱形立交桥，要使汽车能够以设计

时速平安通过圆弧拱桥，这个圆弧拱形立交桥的半径至少是多少?(取

g=10m/s2)

【答案】(1)150m⑵90m

【解析】(D汽车在水平路面上拐弯，可视为汽车做匀速圆周运动,

其向心力由车与路面间的静摩擦力供应，当静摩擦力达到最大值时,

由向心力公式可知这时的半径最小，有Fmax=0.6mg=m,由速度

v=108km/h=30m/s得，弯道半径rmin=150m.

⑵汽车过圆弧拱桥，可看做在竖直平面内做匀速圆周运动，到达

最高点时，依据向心力公式有mg-FN=m.为了保证平安通过，车与路

面间的弹力FN必需大于等于零，有mg>m,则R>90m.

1L游乐园的小型〃摩天轮〃上对称地分布着8个吊篮，每个吊篮内

站着一个质量为m的同学，如图所示，“摩天轮”在竖直平面内逆时针

匀速转动，若某时刻转到顶点a上的甲同学让一小重物做自由落体运

动，并马上通知下面的同学接住，结果重物开头下落时正处在c处的

乙同学恰好在第一次到达最低点b处时接到重物，已知“摩天轮”半径

为R,重力加速度为g,不计空气阻力.求：

⑴接住重物前，重物自由下落的时间t.

(2)人和吊篮随“摩天轮”运动的线速度大小v.

11

(3)乙同学在最低点处对吊篮的压力FN.

【答案】⑴2

(2)

(3)(1+)mg;竖直向下

【解析】⑴由运动学公式：2R=gt2,t=2.

2021高中物理圆周运动教案大全二

【教学目标】

学问与技能

1、知道假如一个力或几个力的合力的效果是使物体产生向心加

速，它就是圆周运动的物体所受的向心力。会在详细问题中分析向心

力的来源。

2、理解匀速圆周运动的规律。

3、知道向心力和向心加速度的公式也适用于变速圆周运动，会

求变速圆周运动中物体在特别点的向心力和向心加速度。

过程与(方法)

1、通过对匀速圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，

提高同学的分析和解决问题的力量.

2、通过匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗

透特别性和一般性之间的辩证关系，提高同学的分析力量.

情感、态度与价值观

对几个实例的分析，使同学明确详细问题必需详细分析，学会用

合理、科学的方法处理问题。

12

团教学重点：在详细问题中能找到向心力，并结合牛顿运动定律

求解有关问题。

国教学难点1、详细问题中向心力的来源。2、关于对临界问题的

争论和分析。

【学情分析】同学通过上节课的学习已经初步的把握了解决圆周

运动问题的一般方法，在此基础上，本节课在深化的探讨生活中的圆

周运动，特殊是临界问题的解决。

【教材分析】争论教科书中的这几个实例时，要抓住这样的基本

思想，即先分析物体所受的力，然后列出方程、解方程。

【教学手段和设施】探究式教学。一个透亮的塑料瓶和一

个过山车演示仪

【教学过程】

温故知新

1、做匀速圆周运动的物体的受力特点：合外力供应向心力。

2、向心力公式的复习：Fn=man=m=mr=mr()2

3、汽车过桥问题的回顾：

竖直方向的合力供应圆周

运动需要的向心力

mg-FN=mmg-FN=m

.课堂引入：向同学展现过山车的图片和演示水流星的表演，并

提出问题：为什么在最高点时过山车不下落?水不流下呢?要解开这一

谜团，就一起来走进本节一一《竖直面内的圆周运动》。

13

课堂自主导学

绳模型

绳拴小球在竖直面内做圆周运动

【演示】用一细绳拴住一重物在竖直面内做圆周运动

【问题探讨】

（1）分析小球在最低点的受力状况和运动状况的关系

⑵分析小球在最高点的状况

详细步骤：引导同学按步骤进行。

1、对小球受力分析。2、列式

3、依据公式分析当速度减小，什么随之发生变化，如何变？

【点拨】

1、当小球恰好通过最高点，应满意拉力此时小球通过最高

点的速度是最小的，通常状况下叫临界速度V0。此时—供应向心力,

有,求得V0=—o

2、若在最高点小球速度小于V0,小球将在—重力的作用下下

落。

（mgm,球做近心运动）

3、若在最高点小球速度大于V0,小球将在—的作用下做圆周

运动。此时向心力由共同供应。列式：o

（二）小球在竖直光滑轨道面内侧做圆周运动。（过山车模型）

（同学分析争论回答结果）

小球在最高点向心力来源？

14

列式：___________

在最低点向心力来源？

列式：___________

3.小球恰好通过最高点，应满意弹力列式得临界速度

V0=_o

4.若在最高点小球速度小于V0,小球将在—重力的作用下下落。

5.若在最高点小球速度大于V0,小球将在—的作用下做圆周运

动。此时向心力由共同供应。列式即为。

（三）水流星模型。（自主学习）

2021高中物理圆周运动教案大全三

一、教材分析

《匀速圆周运动》为高中物理必修2第五章第4节.它是同学在

充分把握了曲线运动的规律和曲线运动问题的处理方法后，接触到的

又一个漂亮的曲线运动，本节内容作为该章节的重要部分，主要要向

同学介绍描述圆周运动的几个基本概念，为后继的学习打下一个良好

的基础。

人教版教材有一个的特点就是以试验事实为基础，让同学得出感

性熟悉，再通过理论分析（总结）出规律，从而形成理性熟悉。

教科书在列举了生活中了一些圆周运动情景后，通过观看自行车

大齿轮、小齿轮、后轮的关联转动，提出了描述圆周运动的物体运动

快慢的问题。

二、教学目标

15

L学问与技能

①知道什么是圆周运动、什么是匀速圆周运动。理解线速度的

概念;理解角速度和周期的概念，会用它们的公式进行计算。

②理解线速度、角速度、周期之间的关系：v=ru）=2w/T。

③理解匀速圆周运动是变速运动。

④能够用匀速圆周运动的有关公式分析和解决详细情景中的问

题。

2.过程与方法

①运用极限思维理解线速度的瞬时性和矢量性.把握运用圆周运

动的特点去分析有关问题。

②体会有了线速度后，为什么还要引入角速度.运用数学学问推

导角速度的单位。

3.情感、态度与价值观

①通过极限思想和数学学问的应用，体会学科学问间的联系，

建立普遍联系的观点。

②体会应用学问的乐趣，感受物理就在身边，激发同学学习的

爱好。

③进行爱的（教育）。在与同学的沟通中，表达关爱和赏识，如

微笑着对同学说“特别好!”“你们真棒!〃“分析得对!〃让同学得到确定和

鼓舞，心情开心地学习。

三、教学重点、难点

L重点

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①理解线速度、角速度、周期的概念及引入的过程；

②把握它们之间的联系。

2.难点

①理解线速度、角速度的物理意义及概念引入的必要性；

②理解匀速圆周运动是变速运动。

四、学情分析

同学已有的学问：

1.瞬时速度的概念

2.初步的极限思想

3.思索、争论的习惯

4.数学课中对角度大小的表示方法

五、（教学方法）与手段

演示试验、展现图片、观看视频、动画；

争论、讲授、推理、概括

师生互动，生生互动，

六、教学设计

（一）导入新课（熟悉圆周运动）

•通过演示试验、展现图片、观看视频、动画，让同学熟悉圆周

运动的特点，

演示小球在水平面内圆周运动

展现自行车、钟表、电风扇等图片

观看地球绕太阳运动的动画

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观看花样滑冰视频

提出问题：它们的运动有什么共同点?答：它们的轨迹是一个圆.

师：对，这就是我们今日要讨论的圆周运动

观看动画，思索问题：这两个球匀速圆周运动有什么不同?答：

快慢不同

提出问题：如何描述物体做圆周运动的快慢？

同学动手，分组实践，观看自行车的传动装置，思索与争论：

自行车的大齿轮，小齿轮，后轮中的质点都在做圆周运动。

比较哪些点运动得更快些？（说说）你比较的理由。

争论后，展现自行车传动装置图片（或视频），进一步提问：如何

比较物体圆周运动快慢?师生共同分析，小结可能的比较方法：

方案1:比较物体在一段时间内通过的圆弧长短

方案2：比较物体在一段时间内半径转过的角度大小

方案3：比较物体转过一圈所用时间的多少

方案4：比较物体在一段时间内转过的圈数

留意：在与同学沟通