平时做题时就把一些典型模型想明白,研究透,甚至形成一些二级结论,在解答选择题时就会游刃有余。当然,也要注意题设条件的变化,不能生搬硬套!

“圆锥摆”是典型的匀速圆周运动模型,在各类练习、试题中屡见不鲜。可要突然问你,圆锥摆模型有什么特点?你还真不一定能说出来!

模型剖析

模型:如图所示,长为L的细线,拴一质量为m的小球,一端固定于O点,让其在水平面内做匀速圆周运动,这种运动通常称为圆锥摆运动。当摆线与竖直方向的夹角为α时,我们分析一下下面三个量的大小及特点:

(1)细线的拉力;

(2)小球运动的线速度;

(3)小球运动的角速度或周期.

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(1)

分析:做匀速圆周运动的小球受力如图所示,小球受重力mg和绳子的拉力F.

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(2)

(1)因为小球在水平面内做匀速圆周运动,所以小球受到的合力指向圆心O′.由平行四边形定则可得:

小球受到的合力大小为:Fn=mgtan α

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(3)

特点:细线对小球的拉力只与夹角α有关,夹角越大,拉力越大。

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(4)

特点:小球运动的线速度与摆长L和夹角α有关;摆长一定的情况下,夹角越大,线速度越大。

(3)小球运动的角速度

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(5)

由几何关系知,“Lcosα”恰好是圆锥摆的悬点O到圆心O/的高度差h.

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(6)

特点:小球运动的周期T(或角速度)只与悬点O到圆心O/的高度差h有关。

学以致用

应用:如图所示,两个质量不同的小球a、b用长度不等的细线拴在同一点,并在同一水平面内做匀速圆周运动,内侧的为a球。则下列判断正确的是 (   )

圆锥摆模型图解(圆锥摆模型的特点)(7)

A.外侧细线的拉力大

B.a球运动的线速度大

C.a、b两球运动的周期相等

D.a、b两球的向心加速相等

你的答案:…………

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