圆周运动的连接体

“一课一研精准教学”记录表年 级 学 科 物理 分包领导 备课时间 备课地点 物理备课组 主备人 备课主题 圆周运动中的连接体问题 一、精准讲解：圆周运动中的连接体问题，是指两个或两个以上的物体通过一定的约束绕同一转轴做圆周运动的问题。

这种问题的一般解题思路是：分别隔离物体，准确地进行受力分析，正确画出受力示意图，确定轨道平面和半径，注意约束关系。

在连接体的圆周运动问题中，角速度相同是一种常见的约束关系。

常见实例如下： 情景示例 情景图示情景说明情景1两小球固定在轻杆M 、N 两点上，随杆一起绕杆的端点O 做圆周运动。

注意：计算杆OM 段的拉力时，应以M 点的小球为研究对象，而不能以M 、N 两点的小球整体为研究对象。

情景2A 、B 两物块用细绳相连沿半径方向放在转盘上，随转盘一起转动，当转盘转速逐渐增大时，物块B 先达到其最大静摩擦力，转速再增加，则A 、B 间绳子开始有拉力，当A 受到的静摩擦力达到其最大值后两物块开始滑动（设A 、B 两物块与转盘间的动摩擦因数相等）情景3A 、B 两物块叠放在一起随转盘一起转动，当求转盘对物体B 的摩擦力时，取A 、B 整体为研究对象比较简单；当研究A 、B 谁先发生离心运动时，注意比较两接触面间的动摩擦因数大小情景4A 、B 两小球用轻线相连穿在光滑轻杆上随杆绕转轴O 在水平面内做圆周运动时，两球所受向心力大小相等，角速度相同，圆周运动的轨道半径与小球质量成反比。

例一：如图所示，轻杆长3L ，在杆两端分别固定质量为m 的球A 和质量为2m 的球B ，光滑水平转轴穿过杆上距球A 为L 处的O 点，外界给系统一定能量后，杆和球在竖直平面内转动，球A 运动到最高点时，杆对球A 恰好无作用力。

忽略空气阻力，重力加速度为g ，则球A 在最高点时（D ）A ．球A 的速度为零B ．水平转轴对杆的作用力大小为4mg ，方向竖直向上C ．水平转轴对杆的作用力大小为3mg ，方向竖直向上D ．水平转轴对杆的作用力大小为6mg ，方向竖直向上 例二：如图所示，两个可视为质点的、相同的木块A 和B 放在转盘上，两者用长为L 的细绳连接，木块与转盘的最大静摩擦力均为各自重力的K 倍，A 放在距离转轴L 处，整个装置能绕通过转盘中心的转轴O 1O 2转动（重力加速度为g ）。

[2010·山西师大附中] 如图 16－8 所示，在匀速转动的 水平盘上，沿半径方向放着用细线相连的质量相等的两个物
体 A 和 B，它们与盘间的动摩擦因数相同．当圆盘转速加快 到两物体刚要发生滑动时，烧断细线，则( )
A.两物体均沿切线方向滑动 B.两物体均沿半径方向滑动，离圆盘圆心越来越远 C.两物体仍随圆盘一起做匀速圆周运 动，不会发生滑动 D.物体 B 仍随圆盘一起做匀速圆周运 动，物体 A 发生滑动，离圆盘圆心越来 越远
＋12mv2B＋12mv2B2，解得 vB＝ 256gL，D 项错误．
[点评] 连接体问题属于共轴转动，如本题中球 A 和球 B 的角速度相同，则线速度与其圆周运动半径成正比．在最高 点时球 B 对杆恰好无作用力，则其重力提供向心力，从而求 得此时球 B 的速度．
[命题意图] 本题重点考查学生分析连接体圆周运动问 题的能力，通过本题应带给学生以下信息：其一，连接体的 圆周运动问题要同时研究构成连接体的多个物体的圆周运 动，各物体圆周运动的角速度相同；其二，连接体问题中涉 及系统的能量关系首先考虑机械能守恒定律，若涉及单个物 体功能问题，如本题中若求某阶段杆对球 A(或球 B)的做功 时，则应用动能定理求解；其三，涉及连接体圆周运动的动 力学分析，则多种多样，如下面的变式题中 A 物体，在圆 盘转速小时由圆盘对其静摩擦力提供向心力，在圆盘转速大 时由最大静摩擦力和 AB 间绳子的拉力的合力提供向心力．
► 连接体的圆周运动问题分析
两个物体通过线或杆连接起来一起做圆周运动的问 题是一类易错问题，出错主要体现在研究对象选取错误和 受力分析错误，下面我们通过四个典情景的分析来突破 这一易错点.
例 4 如图 16－7 所示，轻杆长为 3L，在杆的 A、B 两端分别 固定质量均为 m 的球 A 和球 B，杆上距球 A 为 L 处的点 O 装在 光滑的水平转动轴上，外界给予系统一定的能量后，杆和球在竖 直面内转动．在转动的过程中，忽略空气的阻力．当球 B 运动 到最高点时，球 B 对杆恰好无作用力．下列 说法正确的是( )

A．AC 先断 B．BC 先断 C．两线同时断 D．不能确定哪根线先断
圆周运动的连接体
练习6：如图,已知物体A、B、C与转轴的距离为 R B 2R A 2R C ，质量为 MA 2M B 3MC ，三物体与转盘的摩擦力因数相同，三物体随转 盘一起做匀速圆周运动，当转盘的转速逐渐增 加时，以下说法正确的是（ ）
圆周运动的连接体
备用习题
1．[2011·盐城模拟] 如图所示，OO′为竖直轴，MN 为 固定在 OO′上的水平光滑杆，有两个质量相同的金属球 A、 B 套在水平杆上，AC 和 BC 为抗拉能力相同的两根细线，C 端固定在转轴 OO′上．当线拉直时，A、B 两球转动半径之 比恒为 2∶1，若转轴的角速度逐渐增大，则( )
圆周运动的连接体
圆周运动的连接体
答案例 4 C [解析] 球 B 在最高点时速度为 v0，有 mg＝m2vL20 ， 得 v0＝ 2gL，A 项错误；此时球 A 的速度为v20＝12 2gL，B 错 误；设杆对球 A 的作用力为 FA，则 FA－mg＝mv2L02，得 FA ＝1.5mg，C 项正确；设球 B 在最低点时的速度为 vB，据机械 能守恒定律有 2mgL－mgL＋12mv20＋12mv202＝－2mgL＋mgL ＋12mv2B＋12mv2B2，解得 vB＝ 256gL，D 项错误．
A. 物体A先滑动 B. 物体B先滑动 C. 物体C先滑动 D. 物体B、C同时先滑动
圆周运动的连接体
练习7：物体m用线通过光滑的水平板间的 小孔与砝码M相连,并且正在做匀速圆周运 动,如果减小M的质量,则物体m的轨道半径R, 角速度练习8：如图,细绳的异端系着质量M=0.6kg 的物体,静止在水平面上,另一端通过光滑 小孔吊着质量m=3kg的物体,M的中点与原空 的距离为0.2m,已知M和平面的最大静摩擦 力为2N,现使的此平面绕中心轴线转动,问 角速度在什么范围m会相对水平面静止?

A
B
2、竖直面的杆物结构
用长为L的细杆一端固定着一个质量为m的小球， 使小球在竖直平面内作圆周运动，如图所示。
试分析： （1）当小球在最低点A的速度为 V1 时，其杆所受力为多大？
（2）当小球在最高点B的速度 为V2时，其杆的受力与速度的关 系怎样？
杆物结构：
F3
mg
F1
o
F2
v2
mg
v1
最高点：mg
m v22 L
mg
思考：过最高点的最小速度是多大?
(1)当F=0时，速度V为最小值 v gL
(2)当v

v0时，F1

m
v2 L
mg
(3)当v v0时，物体离开圆面做曲线运动
总结：
明确：向心力和向心加速度公式同样适合于变速圆周运动, 但求质点在圆周上某点的向心力和向心加速度的大小,必 须用该点的瞬时速度值
图 16－5
(1)小球在经过第一个圆形轨道的最高点时，轨道对小球作 用力的大小；
(2)如果小球恰能通过第二个圆形轨道，B、C 间距 L 应是 多少？
(3)在满足(2)的条件下，如果要使小球不脱离轨道，在第三 个圆形轨道的设计中，半径 R3 应满足的条件；小球最终停留点 与起点 A 的距离．
例 3 (1)10.0 N (2)12.5 m (3)0<R3≤0.4 m 或 1.0 m≤R3≤27.9 m 36.0 m 或 26.0 m
A.球 B 在最高点时速度为零 B.球 B 在最高点时，球 A 的速度也为零 C.球 B 在最高点时，杆对水平轴的作用力 为 1.5mg D.球 B 转到最低点时，其速度为 vB＝
16 5 gL
答例案4 C [解析] 球 B 在最高点时速度为 v0，有 mg＝m2vL20 ，