做匀速圆周运动的物体,所需向心力就是该物体受的合外力;而做变速圆周运动的物体,所需向心力则是该物体受的合外力在指向圆心方向的分力。因此,解答圆周运动的基本思路是:
先分析物体的受力情况,然后把物体受的各外力沿指向圆心(即沿半径)方向与沿切线方向正交分解,最后用沿指向圆心的合外力等于向心力,即列方程求解做答。
技巧1 要注意分析“临界状态”时的受力情况
例1 如下图所示,要使小球沿半径为R、竖直放置的光滑圆形轨道的内部,从最低点A上升达到最高点B,需给小球的最小速度为多大?
解析:以小球为研究对象,小球恰能过最高点B的瞬间,即将要离开轨道但还未离开的瞬间,小球与轨道间无弹力作用,小球只在重力作用下做圆周运动,由,得
故得小球在最高点B的临界速度
再由机械能守恒定律,得
解得所求最小速度。
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技巧2 要注意分析不同运动状态的受力情况
例2 如下图所示,两绳系一质量为m=0.1kg的小球,上面绳长L=2m,两端都拉直时与轴的夹角分别为30°与45°,问球的角速度在什么范围内,两绳始终张紧;当角速度为3rad/s时,上、下两绳拉力分别为多大?
解析:①当角速度很小时,AC和BC与轴的夹角都很小,BC并不张紧。当
逐渐增大,BC刚被拉直(这是一个临界状态),但BC绳中的张力仍然为零,设这时的角速度为
,则有
将已知条件代入上式解得
②当角速度继续增大时
减小,
增大。设角速度达到
时,
(这又是一个临界状态),则有
将已知条件代入上式解得
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所以当满足
时,AC、BC两绳始终张紧。
本题所给条件,此时两绳拉力
、
都存在。
将数据代入上面两式解得,
注意:解题时注意圆心的位置(半径的大小)。
如果时,
,则AC与轴的夹角小于30°。
如果 ,
,则BC与轴的夹角大于45°。
来源:网络
编辑:小林