高中物理圓周運動的學習策略

摘要：物理是高中教學中非常重要的一門課程，高中理科生能否取得良好的物理成績，能夠直接解決能否學好理科綜合。高中物理包含非常多高難度的教學內容，運動學就是其中一類，圓周運動更是運動學中的重中之重，是歷來物理高考重點考查內容。另外，在高中物理考試中，圓周運動涉及的知識一般是與其他運動學知識一起考查的，所以高中生只有學好高中物理圓周運動知識，才能更好地處理物理運動學問題，提升物理知識解題能力。本文重點分析了高中物理圓周運動的關鍵知識點，希望能夠幫助高中生更好地解決高中物理問題。

關鍵詞：高中；物理；圓周運動；學習策略；探析

圓周運動是高中物理曲線運動的重要教學內容，其與直接運動存在明顯的差異。學生在初中并沒有學習過圓周運動的相關知識，所以在最初學習圓周運動時很容易仍然采取以往的直線運動學習思維來學習和解決圓周運動問題，導致不能很好地解決圓周運動的相關問題。很多高中生認為圓周運動問題的處理非常復雜，但是其實高中物理圓周運動的處理是有技巧的，本文重點分析了圓周運動的幾個瞬時位置，從瞬時位置出發分析圓周運動的特點和本質，希望能夠切實提升高中生物理圓周運動的處理能力。

一、 線速度的瞬時性

高中物理圓周運動中一個非常重要的物理量就是線速度，它的定義是質點作曲線驅動時所具有的即時速度，以圓周運動為例，就是物體在任一點對定軸做圓周運動的速度。線速度與直線運動中的速度概念相似，主要是用來表示物體運動的快慢。線速度的表達式為：v=ΔL/Δt，由于線速度是矢量，有大小和方向，物理在做圓周運動的過程中，線速度的方向是時刻都在變化的，方向始終是質點的切線方向。但是很多高中生對線速度存在錯誤認知，因為圓周運動中常見的一個類別就是勻速圓周運動，學生常常習慣性地認為這代表物理在做圓周運動的整個過程速度是不變的。另外，還有許多高中生受到線速度表達式的干擾，認識其代表的是平均速度，其實它代表的是瞬時速度。所以高中物理教師在向學生介紹圓周運動時，首先要向學生詳細地介紹線速度的瞬時性，解釋線速度表達式中的“Δ”其實反應的是微元思想，即物體在極短的時間走過的弧長非常短，可以近似地認為是一個非常短的直線運動，位移是瞬時的。

二、 向心加速度的瞬時性

高中物理圓周運動中另一個非常重要的物理量就是向心加速度，其與直線加速度存在明顯的差異。向心加速度也具有瞬時性，但是相比于直線運動，圓周運動的過程更加復雜，物體在做圓周運動的過程能夠表現出更加明顯的瞬時性特征。在圓周運動當中，物體的加速度方向一直都在變化，所以物體在做圓周速度的過程中速度一直也在變化。向心加速度與速度相同，其仍然應用的是微元思想，向心加速度的表達式是w=Δφ/Δt，速度方向的改變量為：Δφ，時間的改變量是Δt。物體在圓周上作曲線運動時，當A點與B點之間的距離足夠小，即Δφ非常小，無限接近于0時，向心加速度的概念就產生了，再加上時間也無限趨近于0，所以向心加速度表示的是線速度的瞬間變化量。但是很多學生會受到直線運動中加速度的影響，對向心加速度產生錯誤的理解，即將向心加速度錯誤地認為是指物體在做圓周運動過程中的速度變化的快慢。另外，高中物理教師還應當特別向學生區別向心加速度與角度，線速度主要表示速度的方向變化，特別是瞬間變化，而角速度代表的是線速度方向改變的快慢。

三、 向心力的瞬時性

除了線速度和向心加速度以外，圓周運動中的另一個具有瞬時性的物理量是向心力。物體在做圓周運動的過程中，所受到的向心力也是在時刻變化的。向心力和向心加速度是產生向心加速度的根本原因，向心力的本質屬性就是瞬時性。現以一個具體的例子解釋向心力的瞬時性，一個圓盤上有一個質量為3kg的物體M，M與另一個質量1kg的吊在圓盤下放的物體m相連，穿孔光滑的圓孔O。M在圓盤上，受到的靜摩擦力為5N，那么請問圓盤的角速度為多少時，物體m才能一直保持靜止狀態。這道例題重點考查的就是知識點——向心力的瞬時性。首先需要對物體M進行受力分析，其在圓盤上運動時，主要受到繩子的拉力和反向的靜摩擦力，而這兩個力的合力就是物體M在做圓周運動的過程當中受到的向心力。由于物體M一直在運動，所以向心力也隨著物體M運動而產生變化，其最大值就是m的重力與靜摩擦力之和。只需要求出向心力的最大值和最小值，那么就能夠判斷物體M在什么情況下保持靜止狀態。

四、 將圓周運動習題配合更多的生活情境

上文從瞬時性的角度全新地解讀了物體圓周運動的全過程，但是一般來說，物理圓周運動的習題都是綜合考查這三方面的性質。所以學生需要在全面理解這三種性質以及三種性質背后物體圓周運動的實質的基礎上，還應當巧妙地綜合運用圓周運動性質進行物理習題的解答。高中物理教師也應當有意識地讓學生進行更多的綜合練習題訓練。高中物理教師為學生選擇圓周運動習題時應當盡可能選擇有生活情境的習題，使得學生能夠通過生活常識更加清晰地了解題目的含義。例如，在觀看雙人花樣滑冰表演時，觀眾有時會看見女運動員被男運動員拉著離開冰面做水平方向的勻速圓周運動。假設男運動員的手臂與冰面的夾角為45°，女運動員的體重為35kg，那么女運動員受到的拉力和向心加速度是多少？物理教師在講解這類有生活情境的物理圓周運動習題時，就可以首先通過多媒體教學設備展示這個場景的照片，然后在黑板上畫出簡單的受力分析圖，女運動員受到向下的重力為350N，同時由于夾角為45°，則可以將拉力放在一個等腰直角三角形當中，受到的拉力為3502N，向心加速度為10m/s2。

四、 結束語

綜上所述，圓周運動的題型有很多，學生不可能記住所有可能的考試題型，重要的就是切實地了解圓周運動涉及到的本質知識點，分別就是線速度、向心加速度、向心力以及這三個物理量的性質——瞬時性。高中物理教師應當在教學過程中為學生詳細地分析這些性質，抓住圓周運動的核心和本質，使得學生能夠充分地了解圓周運動，從而提高學生的物理解題能力。

參考文獻：

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作者簡介：

林林，重慶市，萬州第二高級中學。