教案《竖直平面内的圆周运动实例分析》
生活中的圆周运动——竖直平面内的圆周运动实例分析
2.预习任务： （1）阅读必修2课本28页，“航天器中 的失重现象”。 （2）复习必修1课本88页，“超重和失 重”，找到超重和失重的定义和判断标准。
（小组长检查预习知识清单）
F拉
对桶和水整体分析
解：（1）
对桶和水整体分析
F拉
（2）
对水隔离分析
FN
（3）
对水隔离分析 （4）
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课堂小结
学到了什么
1.解决竖直平面内圆周运动最高点和最低点向 心力的一般方法步骤是什么？
2. 汽车过凹形桥最低点和拱形桥最高点的向心 力都由哪些力提供？向心力是一个具体的力还 是效果力？
3.速度大小对物体在竖直平面内做圆周运动过 最高点有何影响？
课后作业
1.巩固练习： 《讲练通》33页，典例2， 34页，2、3
同型迁移
变式训练
质量为m的小孩坐在秋千板上，小孩离系绳子
的横梁距离为 L，若秋千板摆到最低点时速度为 v。
则秋千板对小孩的支持力是多大？
标杆情景二
二、汽车匀速过拱形桥
自学指导二
1.圆周运动一定需要哪种力？这种力有何特点？ 2.汽车的运动轨迹是什么？可视为哪种运动？ 3.汽车在最高点受到哪些力作用？画出受力分析图。 4.在该点汽车所需向心力由哪些力提供？ 5.向心力表达式该如何书写？ 6.拱形桥对汽车支持力为多大？
生活中的圆周运动
——竖直平面内圆周运动实例分析
高一物理备课组 王坤
预习检测 1.轨迹是 圆 的运动叫作圆周运动。
2.做圆周运动的物体都必须有力来提 供 向心力 。
3.向心。
4.向心力的大小
Fn= man =
竖直平面内的圆周运动及实例分析
竖直平面内的圆周运动及实例分析竖直平面内的圆周运动一般是变速圆周运动(带电粒子在匀强磁场中运动除外)，运动的速度大小和方向在不断发生变化，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置──最高点和最低点。
一、两类模型——轻绳类和轻杆类1．轻绳类。
运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。
由于绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。
所以：（1）质点过最高点的临界条件：质点达最高点时绳子的拉力刚好为零，质点在最高点的向心力全部由质点的重力来提供，这时有，式中的是小球通过最高点的最小速度，叫临界速度；（2）质点能通过最高点的条件是；（3）当质点的速度小于这一值时，质点运动不到最高点高作抛体运动了；（4）在只有重力做功的情况下，质点在最低点的速度不得小于，质点才能运动过最高点；（5）过最高点的最小向心加速度。
2．轻杆类。
运动质点在一轻杆的作用下，绕中心点作变速圆周运动，由于轻杆能对质点提供支持力和拉力，所以质点过最高点时受的合力可以为零，质点在最高点可以处于平衡状态。
所以质点过最高点的最小速度为零，（1）当时，轻杆对质点有竖直向上的支持力，其大小等于质点的重力，即；（2）当时，；（3）当，质点的重力不足以提供向心力，杆对质点有指向圆心的拉力；且拉力随速度的增大而增大；（4）当时，质点的重力大于其所需的向心力，轻杆对质点的竖直向上的支持力，支持力随的增大而减小，；（5）质点在只有重力做功的情况下，最低点的速度，才能运动到最高点。
过最高点的最小向心加速度。
过最低点时，轻杆和轻绳都只能提供拉力，向心力的表达式相同，即，向心加速度的表达式也相同，即。
质点能在竖直平面内做圆周运动（轻绳或轻杆）最高点的向心力最低点的向心力，由机械能守恒，质点运动到最低点和最高点的向心力之差，向心加速度大小之差也等于。
6.4 生活中的圆周运动(竖直平面)教案-2023学年高一物理人教版(2019)必修第二册
《竖直平面内的圆周运动》教学设计一、教材分析本节教学内容——《竖直平面内的圆周运动》，是高中物理2019版新教材必修2第六章第4节《生活中的圆周运动》之后应该专题复习的内容，这部分是历年高考的热点和难点，作为高三的复习课更需要结合动能定理，能量守恒等关系来进行复习。
二、学情分析在进行教学之前学生已掌握：物体做圆周运动的条件n F F =合，向心力表达式r T m r m r v F 2222n 4m πω===，对物体的受力分析等基本知识。
基础较好的学生也能知道物体在竖直面内要做圆周运动的条件，但是绝大多数学生还是停留在“印象”当中，要不就是“记得”要满足gR v ≥这个条件，对于哪种模型，在哪个位置满足这个条件就说不清。
另外，功能关系的考察是历年来高考的热点、难点内容，在“考纲”当中属于Ⅱ级要求，要求学生能够理解并运用，因此本节复习课会把“绳”模型中小球过最高点的临界条件与功能关系结合进行复习。
三、核心素养（一）物理观念1. 理解“绳”模型中物体做完整圆周运动的条件：物体要过最高点，且最高点速度满足gR v ≥。
2.功能关系的运用（二）科学思维通过实验现象的观察和理论的推导，得出小球要做圆周运动的条件，并结合功能关系进行运用。
（三）科学态度与责任实行新课标之后，高考更加注重对“理解能力”、“分析综合能力”、“实验能力”的考察，我们的备考更多的是做题，甚至是背题、背结论，致使学生无法触类旁通。
根本在于对物理过程分析的缺失，所以高三复习也有必要带着学生从具体的物理现象入手，理解得出的结论，引导学生形成科学探究意识和探究方法，并能够运用从而形成良好的思维习惯。
四、教学重难点重点：“绳”模型中物体完成完整圆周运动的临界条件难点：功能关系的运用五、教学设计（一）轻松一刻1.视频播放汽车过山车2.水流星3.自制大圆环演示4.现象归纳教师说明：刚才的3个情况都属于物体运动到高处时下方没有支撑的情况，我们统称为“绳”模型。
竖直面内圆周运动教案
引入竖直面内的圆周运动是典型的变速曲线运动。
涉及知识面比较广，既有临界问题，又有能量守恒的问题，分析时要注意运动模型的区别和临界条件的不同。
我们先来复习一下竖直面内圆周运动的两个典型模型：轻绳、轻杆模型【教师提问】两种模型中物体在最高点受力情况有何不同？【学生回答】．“轻绳”模型和“轻杆”模型不同的原因在于“轻绳”只能对小球产生拉力，而“轻杆”既可对小球产生拉力也可对小球产生支持力。
比较两种模型物理情景最高点无支撑最高点有支撑实例球与绳连接、水流星、沿内轨道的“过山车”等球与杆连接、球在光滑管道中运动等图示异同点受力特征除重力外，物体受到的弹力方向：向下或等于零除重力外，物体受到的弹力方向：向下、等于零或向上受力示意图分组讨论两种模型在最高点物体受力和速度的关系：[基础反馈 ]1、2两题[典例1】半径为R的光滑圆环轨道竖直放置,一质量为m的小球恰能在此圆轨道内做圆周运动,则小球在轨道最低点处对轨道的压力大小为 ( )A.3mgB.4mgC.5mgD.6mg 学生思考并回答问题学生回答两种模型的临界条件讨论并回答问题思考回答问题讨论回答问题【解题探究】(1)如何求小球在轨道最低点的速度?(2)求小球在最低点对轨道的压力,要以谁为研究对象?此题为轻绳模型，重点讲解最高点和最低点的受力情况，和最高点与最低点建立联系的方法-----能量守恒，让学生会运用牛顿第二定律和能量观点解决圆周运动问题。
【典例2】[2015·潍坊模拟]长L＝0.5 m质量可忽略的细杆，其一端可绕O点在竖直平面内无摩擦地转动，另一端固定着一个小球A。
A的质量为m＝2 kg，如图所示，求在下列两种情况下，球在最高点时杆对小球的作用力：(1)A在最低点的速率为21 m/s；(2)A在最低点的速率为6 m/s。
此题要注意杆的弹力是拉力还是支持力，及其方向。
[典例3] [2014·课标全国卷Ⅱ]如图，一质量为M的光滑大圆环，用一细轻杆固定在竖直平面内；套在大环上质量为m的小环(可视为质点)，从大环的最高处由静止滑下。
竖直平面内的圆周运动实例分析
(1)当 v gr 时，Ｎ＝０，水在杯中刚好不流 出，此时水作圆周运动所需向心力刚好完全由重力提 供，此为临界条件。
gr 时，Ｎ>０，杯底对水有一向下 (2)当 v 的力的作用，此时水作圆周运动所需向心力由Ｎ和重 力Ｇ的合力提供。
【精讲精析】 （1） 以 A 为研究对象，设其受到 杆的拉力为 F，则有 v2 mg＋F＝m L . (1)代入数据 v＝1 m/s，可得 2 2 v 1 －10N＝－16 N， F＝m L －g＝2× 0.5 即 A 受到杆的支持力为 16 N．根据牛顿第三定律 可得 A 对杆的作用力为压力 16 N， 方向竖直向下．
轻杆支撑型（轻杆模型）
类似模型：
·O
质点在竖直放置的光滑细管内做圆周运动，
研究方法和轻杆模型一样！
课 堂 小 结
竖直平面内圆周运动的临界问题 对于物体在竖直平面内做变速圆周运动的问 题，中学物理中主要研究物体通过最高点和最低 点的情况，并且经常出现临界状态．对临界问题 简要分析如下：
模型 模型说明
a b c d
可能飞离路面的地段应是？
练习
2.如图所示，汽车以一定的速度经过一个圆弧形桥 面的顶点时，关于汽车的受力及汽车对桥面的压力 情况，以下说法正确的是 ( BC )
A.在竖直方向汽车受到三个力：重力、 桥面的支持力和向心力 B.在竖直方向汽车只受两个力：重力 和桥面的支持力 C.汽车对桥面的压力小于汽车的重力 D．汽车对桥面的压力大于汽车的重力
汽车以大于或等于v的速度驶过 拱形桥的最高点时，汽车与桥面的 相互作用力为零，汽车只受重力， 又具有水平方向的速度的v，因此汽 车将做平抛运动。
竖直平面内的圆周运动学案
竖直平面内圆周运动窦乐江【要点梳理】要注意竖直平面内圆周运动的两种临界状态的不同：分类 最高点无支撑最高点有支撑实例球与绳连接、水流星、翻滚过山车球与杆连接，车过拱桥、球过竖直管道、套在圆环上的物体等图示在最高点受力 重力、弹力F 弹向下或等于零mg ＋F 弹＝m v 2r重力、弹力F 弹向下、向上或等于零mg±F 弹＝m v 2r恰好过 最高点F 弹＝0，mg ＝m v 2r，v ＝rg(在最高点速度不能为零)F 弹＝mg ，F 向＝0(在最高点速度可以为零)【典题例证】考向一、竖直平面内的圆周运动的考查【例1】如图所示，质量为m 的小球置于正方体的光滑硬质盒子中，盒子的边长略大于球的直径。
某同学拿着该盒子在竖直平面内做半径为R 的匀速圆周运动，已知重力加速度为g ，空气阻力不计，问：(1)要使盒子在最高点时盒子与小球之间恰好无作用力，则该盒子做匀速圆周运动的周期为多少？(2)若盒子以(1)中周期的12做匀速圆周运动，则当盒子运动到图示球心与O 点位于同一水平面位置时，小球对盒子的哪些面有作用力，作用力为多大？规范解答审题指导解：（1）小球在最高点受什么力的作用？（2）周期变为原来的12后，小球的向心加速度多大？方向如何？是谁来提供向心力？【教你一招】：【对应训练】如图甲所示，在同一竖直平面内两正对着的半径为R 的相同半圆光滑轨迹，相隔一定的距离x ，虚线沿竖直方向，一质量为m 的小球能在其间运动。
今在最低点B 与最高点A 各放一个压力传感器，测试小球对轨道的压力，并通过计算机显示出来。
(不计空气阻力，g 取10 m/s 2)(1)要使小球不脱离轨道，求小球在A 点的速度大小；(2)求A 、B 两点的压力差ΔF N 与x 的函数关系；(用m 、R 、g 表示)(3)若测得两点压力差ΔFN 与距离x 的图象如图乙所示。
根据图象，求小球的质量。
考向二、平抛运动与圆周运动的综合考查【例2】(2014·福建·21)(19分)如图所示为某游乐场内水上滑梯轨道示意图，整个轨道在同一竖直平面内，表面粗糙的AB 段轨道与四分之一光滑圆弧轨道BC 在B 点水平相切.点A 距水面的高度为H ，圆弧轨道BC 的半径为R ，圆心O 恰在水面.一质量为m 的游客(视为质点)可从轨道AB 的任意位置滑下，不计空气阻力.(1)若游客从A 点由静止开始滑下，到B 点时沿切线方向滑离轨道落在水面D 点，OD ＝2R ，求游客滑到B 点时的速度v B 大小及运动过程轨道摩擦力对其所做的功W f ；(2)某游客从AB 段某处滑下，恰好停在B 点，又因受到微小扰动，继续沿圆弧轨道滑到P 点后滑离轨道，求P 点离水面的高度h.(提示：在圆周运动过程中任一点，质点所受的向心力与其速率的关系为F 向＝rv m 2)规范解答 审题指导解：（1）游客经历了哪几个阶段，各阶段的受力和运动特点是什么？选择合适的依据解题。
2.3+圆周运动实例分析(竖直面内的圆周运动)课件
mg
当FN = 0 时，汽车脱离桥面，做平抛运动，汽车及其
中的物体处于完全失重状态.
FN＝0 时，
汽车的速
度为多大？
思考：质量为m的汽车以速度 =
通过半径为R的
半圆形拱形桥最高点后落在何处？
v
mg
R
o
2R
例2、求质量为m的汽车以速度v通过半径为R的凹形桥
最低点时对桥的压力多大？
o
N
v
R
mg
（２）汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大
试比较质量为m的汽车，以速度v，通过不同的桥面对
桥的压力？ N
v
最高点
mg
N
失重
a
v
=
mg
a
N
超重
v
最低点
mg
思考：汽车有无可能做这样的运动？
如果可能应满足怎样的条件？
N
mg
绳球模型、质量为m的小球,用长为L的细绳拉着上在竖直
平面内转动, 试讨论小球最高点速度在什么范围内能保证小球做
§2.3 圆周运动的实例分析
汽车过桥
拱形桥
水平桥
F压=FN=mg
凹形桥Biblioteka 例1、质量为m的汽车在拱形桥上以速度v行驶，若桥面
的圆弧半径为R，试画出受力分析图，分析汽车通过桥的
最高点时对桥的压力。
FN
mg
a
由牛顿第三定律得，汽车通过桥的最高点时对桥的压力：
思考：若汽车通过拱桥的速度增大，会出现什么情况？
完整圆周运动？
解：小球受力如图所示，在最高点:
T
mg
杆（双轨） 例4、质量为m的小球，固定在长为L轻杆上
在竖直平面内转动，在最高点，试讨论：小球的速度在什
高一物理《竖直面内圆周运动的实例分析》课件
根据上面的分析可以看出： 汽车行驶的速度越大，汽车对桥的压力 越小。 试分析 当汽车的速度不断增大时，会有什么现象 发生呢？
根据牛顿第三定律：F压=FN
v F压 FN mg m r
当
2
当v增大时，F压减小；
v gr 时，F压=0；
当 v gr 时，汽车将脱离桥面，发生 危险。
C. 小球过最低点时，杆对球的作用力可以与球所受重力方向
相反，此时重力可能大于杆对球的作用力 D. 小球过最高点时，杆对球作用力一定与小球所受重力方向 相反
小结
1.细绳在竖直平面内做圆周运动时只能是拉 力（向内），当到达最高点时必须有最小 速度 v gr 2.在最高点时，细杆可以是拉力也可以是支 持力（向内也可向外）。这一点和细绳不 同，细绳只能是拉力（向内）。 3.在最低点时，细杆和细绳一样，都为拉力 注意细绳和细 杆的区别哦！
思考与讨论
圆管是与细杆模型相似， 还是细绳模型相似？
v
圆管和细杆 可归为一类
轨道和细绳 可归为一类
小结
1、过桥模型 2、细绳模型（轨道） 3、细杠模型（圆管）
乘坐游乐园的翻滚过山车，质量为m的 人随车在竖直平面内旋转时，下列说法中正 确的是( ) A．车在最高点时，车在轨道内侧，人处于倒 坐状态，被保险带拉住，没有保险带，人就 会掉下来 B．人在最高点时对座位仍可能产生压力，但 压力一定小于mg C．人在最低点时对座位的压力等于mg D．人在最低点时对座位的压力大于mg
G
m v2 FN G r 2 mv 70 1002 FN G ＝70×10＋ r 200
＝4.2×103N
N
由牛顿第三定律得： 飞行员对座位的压力也为4.2×103N
竖直面内的圆周运动实例分析(公开课)
• 1.会分析绳约束下的物体在最高点的时的运 动状态，能够找出向心力的来源；会用向 心力方程求解向心力及绳对物体的作用力。 • 2.会分析杆约束下的物体在最高点的时的运 动状态，能够找出向心力的来源；会用向 心力方程求解向心力及绳对物体的作用力。 • 3.会分析杆约束模型和绳约束模型的拓展模 型 • 4.会分析两种模型下的相关临界问题。
谢谢大家
反馈小结:
作用特点：只可拉 当v gR时 F 0，没有作用力
v2 当 v gR 时 F 0，拉力 F m( g) R
作用特点：即可支持又可拉
当v gR时 F 0，没有作用力
v2 当 v gR时,支持力 F m( g ) R 2
m R O
杆约束
作用特点：只可支持 类似于汽车过拱桥
当 v gR时, 不能到达最高点
m R O
绳约束
v 当v gR时 F 0，拉力 F m( g ) R
水流 星
m R O R
m O
管约 束
m O
R
外轨约束
内轨约束
• 布置作业 拓展提高 1、课时作业 8题 P83 2、杆长为L，球的质量为m，杆连球在竖直 平面内绕轴O自由转动，已知在最高点处， 杆对球的弹力大小为重力的一半，求这时 小球在最高点时的速度大小。 若将杆换为绳子时小球在最高点时的速度又 为多大？ 3、预习 航天器中的失重现象及离心运动
同
m
FN
合 作 探 究
水流星 问3 水流星模型中最高点杯底 作用力方向 对水的作用力与上述模型有何均指向圆心 l 相同之处？ 问4水流星模型中最高点水不流 v gl 水流星 出的最小速度为多少？
外轨约束
教案竖直平面内的圆周运动实例分析
课题：竖直平面内的圆周运动实例分析授课班级：高一14班授课时间：2016年4月12日授课教师：罗华权三维目标：一、知识与技能1、了解竖直平面内的圆周运动的特点；2、会分析汽车过凸形桥最高点和凹形桥最低点的受力情况；3、会分析轻杆、轻绳、管道内的小球做圆周运动在最高点、最低点的受力情况；4、掌握轻杆、轻绳、管道内的小球做圆周运动的临界条件。
二、过程与方法1、通过对圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的能力。
2、通过对匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辨证关系，提高学生的分析能力。
3、运用启发式问题探索教学方法，激发学生的求知欲和探索动机；锻炼学生观察、分析、抽象、建模的解决实际问题的方法和能力。
三、情感态度与价值观1、通过对几个实例的分析，使学生养成仔细观察、善于发现、勤于思考的良好习惯，明确具体问题必须具体分析；2、激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物的习惯；3、养成良好的思维表述习惯和科学的价值观。
教学重点：1、分析汽车过凸形桥最高点和凹形桥最低点的受力情况；2、分析轻绳、圆环内侧轨道、轻杆的小球做圆周运动在最高点、最低点的受力情况。
教学难点：轻绳、圆环内侧轨道、轻杆等模型中的小球在竖直平面内做圆周运动的临界条件及应用。
教学方法：讲授、分析、推理、归纳教学用具：过山车模型、水流星、多媒体课件等课时安排：1课时教学过程：上节课我们对生活中常见的匀速圆周运动进行了实例分析。
知道分析和研究匀速圆周运动的问题，关键是把向心力的来源弄清楚，然后再结合牛顿第二定律解决相关具体问题。
这节课我们将进一步学习竖直平面内的变速圆周运动，生活中有哪些常见的竖直平面内的圆周运动呢？一、汽车过凹凸桥1. 汽车过凸形桥的最高点公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动也可看做圆周运动。
通过提问，引导学生进入状态。
问题1：如果汽车在水平路面上匀速行驶或静止时，在竖直方向上受力如何？问题2：如果汽车在拱形桥顶点静止时，桥面受到的压力如何？问题3：如果汽车在拱形桥上，以某一速度v 通过圆弧半径为R 的拱形桥的最高点的时候，桥面受到的压力如何？引导学生分析受力情况，并逐步求得桥面所受压力。
教案《竖直平面内的圆周运动实例分析》
课题：竖直平面内的圆周运动实例分析授课班级：高一14班授课时间：2016年4月12日授课教师：罗华权三维目标：一、知识与技能1、了解竖直平面内的圆周运动的特点；2、会分析汽车过凸形桥最高点和凹形桥最低点的受力情况；3、会分析轻杆、轻绳、管道内的小球做圆周运动在最高点、最低点的受力情况；4、掌握轻杆、轻绳、管道内的小球做圆周运动的临界条件。
二、过程与方法1、通过对圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的能力。
2、通过对匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的辨证关系，提高学生的分析能力。
3、运用启发式问题探索教学方法，激发学生的求知欲和探索动机；锻炼学生观察、分析、抽象、建模的解决实际问题的方法和能力。
三、情感态度与价值观1、通过对几个实例的分析，使学生养成仔细观察、善于发现、勤于思考的良好习惯，明确具体问题必须具体分析；2、激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物的习惯；3、养成良好的思维表述习惯和科学的价值观。
教学重点：1、分析汽车过凸形桥最高点和凹形桥最低点的受力情况；2、分析轻绳、圆环内侧轨道、轻杆的小球做圆周运动在最高点、最低点的受力情况。
教学难点：轻绳、圆环内侧轨道、轻杆等模型中的小球在竖直平面内做圆周运动的临界条件及应用。
教学方法：讲授、分析、推理、归纳教学用具：过山车模型、水流星、多媒体课件等课时安排：1课时教学过程：上节课我们对生活中常见的匀速圆周运动进行了实例分析。
知道分析和研究匀速圆周运动的问题，关键是把向心力的来源弄清楚，然后再结合牛顿第二定律解决相关具体问题。
这节课我们将进一步学习竖直平面内的变速圆周运动，生活中有哪些常见的竖直平面内的圆周运动呢？一、汽车过凹凸桥1. 汽车过凸形桥的最高点公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动也可看做圆周运动。
通过提问，引导学生进入状态。
问题1：如果汽车在水平路面上匀速行驶或静止时，在竖直方向上受力如何？ 问题2：如果汽车在拱形桥顶点静止时，桥面受到的压力如何？问题3：如果汽车在拱形桥上，以某一速度v 通过圆弧半径为R 的拱形桥的最高点的时候，桥面受到的压力如何？引导学生分析受力情况，并逐步求得桥面所受压力。
竖直平面内的圆周运动教案
竖直平面内的圆周运动及实例分析竖直平面内的圆周运动一般是变速圆周运动(带电粒子在匀强磁场中运动除外)，运动的速度大小和方向在不断发生变化，运动过程复杂，合外力不仅要改变运动方向，还要改变速度大小，所以一般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置──最高点和最低点。
一、两类模型——轻绳类和轻杆类1．轻绳类。
运动质点在一轻绳的作用下绕中心点作变速圆周运动。
由于绳子只能提供拉力而不能提供支持力，质点在最高点所受的合力不能为零，合力的最小值是物体的重力。
所以：（1）质点过最高点的临界条件：质点达最高点时绳子的拉力刚好为零，质点在最高点的向心力全部由质点的重力来提供，这时有rv m m g 2min =，式中的min v 是小球通过最高点的最小速度，叫临界速度；（2）质点能通过最高点的条件是gr v v =≥min ；（3）当质点的速度小于这一值时，质点运动不到最高点高作抛体运动了；（4）在只有重力做功的情况下，质点在最低点的速度不得小于gr v 5≥，质点才能运动过最高点；（5）过最高点的最小向心加速度g a =。
2．轻杆类。
运动质点在一轻杆的作用下，绕中心点作变速圆周运动，由于轻杆能对质点提供支持力和拉力，所以质点过最高点时受的合力可以为零，质点在最高点可以处于平衡状态。
所以质点过最高点的最小速度为零，（1）当0=v 时，轻杆对质点有竖直向上的支持力，其大小等于质点的重力，即mg N =；（2）当gr v =时，0=N ；（3）当gr v >，质点的重力不足以提供向心力，杆对质点有指向圆心的拉力；且拉力随速度的增大而增大；（4）当gr v <<0时，质点的重力大于其所需的向心力，轻杆对质点的竖直向上的支持力，支持力随v 的增大而减小，mg N <<0；（5）质点在只有重力做功的情况下，最低点的速度gr v 2≥，才能运动到最高点。
过最高点的最小向心加速度0=a 。
过最低点时，轻杆和轻绳都只能提供拉力，向心力的表达式相同，即拉向F F +=mg ，向心加速度的表达式也相同，即m g a 向F +=。
竖直平面内的圆周运动 教案
竖直平面内的圆周运动模型1：无支撑模型如图所示，没有物体支撑的小球，在竖直平面做圆周运动过最高点．．．的情况： 注意：绳对小球只能产生沿绳收缩方向的拉力（1）临界条件：绳子或轨道对小球没有力的作用：mg=mv 2/R →v 临界=Rg（可理解为恰好转过或恰好转不过的速度）（2）能过最高点的条件：v ≥Rg ，当V ＞Rg 时，绳对球产生拉力，轨道对球产生压力．（3）不能过最高点的条件：V ＜V 临界（实际上球还没到最高点时就脱离了轨道）例1：把盛水的水桶拴在长为L 的绳子一端，使这水桶在竖直平面做圆周运动，要使水桶转到最高点时不从桶里流出来，这时水桶的线速度至少应该是多少？【针对训练】1、如图所示，质量为m 的小球在竖直平面内的光滑圆轨道上做圆周运动，圆半径为R ，小球经过轨道最高点时刚好不脱离圆轨道，则其通过最高点时（ ）A ．小球对圆轨道的压力大于等于mgB ．小球受到的向心力等于重力mgC ．小球的线速度大于等于gRD ．小球的向心加速度大于等于g2、如图所示，用细绳拴着质量为m 的物体，在竖直平面内做圆周运动，圆周半径为R .则下列说法正确的是（ ）A.小球过最高点时，绳子张力可以为零B.小球过最高点时的最小速度为零C.小球刚好过最高点时的速度是gRD.小球过最高点时，绳子对小球的作用力可以与球所受的重力方向相反3、绳系着装有水的水桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg ，绳长为L=60cm, 求：（1）最高点水不流出的最小速率；（2）水在最高点速率v=3m/s 时，水对桶底的压力。
模型2：有支撑模型如图，球过最高点时，轻质杆（管）对球产生的弹力情况： 注意：杆与绳不同，杆对球既能产生拉力，也能对球产生支持力．0 R（1）当v ＝0时，N ＝mg （N 为支持力）（2）当 0＜v ＜Rg 时， N 随v 增大而减小，且mg ＞N ＞0，N 为支持力．（3）当v=Rg 时，N ＝0（4）当v ＞Rg 时，N 为拉力，N 随v 的增大而增大（此时N 为拉力，方向指向圆心） 例2：长度为L=0.50m 的轻质细杆OA ，A 端有一质量为m=3.0kg 的小球，小球以O 点为圆心在竖直平面内做圆周运动，通过最高点时小球的速率是 2.0m/s ，（g=10m/s 2）则此时细杆OA 受的（ ）A. 6.0N 的拉力B. 6.0N 的压力C.24N 的压力D. 24N 的拉力【针对训练】1、如图所示，细杆的一端与小球相连，可绕过O 点的水平轴自由转动，先给小球一初速度，使它做圆周运动。
《竖直面圆周运动的实例分析》课件
1
2
3
当水在圆周最 高点时，受到 的合外力怎么 表示？
水不会洒出来 的临界条件是 什么？此时合 外力是？
在临界状态下， 水的速度应该 满足怎样的关 系呢？
思考题
体操运动员在做单杆 “大回环”动作时， 在最高点的最小速度 又是多少？受力情况 怎样呢？与水流星相 比有什么不同的地方 吗？
小车经过凸 桥最高点时 对台秤的压 力小于重力
验证了我们刚才对小车过凹凸 桥面时的所得出的结论
当 v rg 时， 当 v rg 时，
N=0
这是车辆恰好能 在拱桥上做圆周 运动的临界速度。
v
FN
G
v
车辆会这样运 动吗？
英国特技演员史蒂夫·特鲁利亚 自己驾车在回圈轨道上玩起新 式“过山车”，从图片中看， 特鲁利亚驾驶汽车完美地从距 地面12米多高的轨道顶端绕过。
如果小球从与圆轨道最高点相
1 同高度的地方释放，小球能够
经过圆轨道内侧最高点吗？ 观察从不同高度无初速度释放
2 小球，小球的运动是怎样的？
探究内容
怎样找出那个释放高度，使小
3 球恰好可以通过竖直圆轨道内
侧的最高点？ 小球在圆轨道内侧最高点时，
4 合外力的表达式是？
水流星
已知水流星做圆周运动的半径是R ，那杯子中的水在 最高点处速度至少要多大才不会洒出来呢？分析原因。
第四章第三节
竖直面圆周运动的实例分析
生活中的竖直面圆周运动
非 匀 速 圆 周 运 动
受力特点
如果汽车经过凸桥和凹桥时，它受到哪些力？ 它们做圆周运动的向心力又该如何表示？
注
实验视频验证结论
意
观
察
台
秤
2.3圆周运动的实例分析+教学设计-2024-2025学年高一下学期物理教科版(2019)必修第二册
《圆周运动的实例分析》教学设计一、教材依据本节课是教科版高中物理必修2第二章《研究圆周运动》的第3节《圆周运动的实例分析》。
二、设计思路（一）、指导思想①突出科学的探究性和物理学科的趣味性；②体现了以学生为主体的学习观念；注重了循序渐进性原则和学生的认知规律，使学生从感性认识自然过渡到理性认识。
（二）、设计理念本节对学生来说是比较感兴趣的，要使学生顺利掌握本节内容。
引导学生在日常生活经验的基础上通过观察和主动探究和归纳，就成为教学中必须解决的关键问题。
所以在本节课的设计中，结合新课改的要求，利用“六步教学法”：教师主导——提出问题；学生探求——发现问题；主体互动——研究问题；课堂整理——解决问题；课堂练习——巩固提高；反思小结——信息反馈，为学生准备了导学提纲，重视创设问题的情境，引导学生分析现象，归纳总结出实验结论。
（三）教材分析本节是《研究圆周运动》这一章的核心，它既是圆周运的向心力与向心加速度的具体应用，也是牛顿运动定律在曲线运动中的升华，它也将为学习后续的万有引定律应用、带电粒子在磁场中运动等内容作知识与方法上的准备。
本节通过对汽车、火车等交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。
在本节教学内容中，圆周运动与人们日常生活、生产技术有着密切的联系，本节教材从生活场景走向物理学习，又从物理学习走向社会应用，体现了物理与生活、社会的密切联系。
三、教学目标1.通过对自行车、交通工具等具体事例的分析，理解圆周运动规律分析和解决物理问题的方法。
2.将生活实例转换为物理模型进行分析研究。
3.通过探究性物理学习活动，使学生获得成功的愉悦，培养学生对参与物理学习活动的兴趣，提高学习的自信心。
4.通过对日常生活、生产中圆周运动现象的解释，敢于坚持真理、勇于应用科学知识探究生活中的物理学问题。
四、教学重点理解向心力不是一种特殊的力，同时学会分析实际的向心力来源。
五、教学难点能用向心力公式解决有关圆周运动的实际问题，其中包括分析汽车过拱桥、火车拐弯等问题。
竖直平面内圆周运动的实例分析学案最新
竖直平面内圆周运动的实例分析学案（复习课）一、学习目标1．通过竖直面内圆周运动的实例分析，加深体会向心力的来源。
2．在竖直面内的变速圆周运动中，能用向心力的公式求最高点和最低点的相关物理量，进一步熟练解题的步骤和方法。
二、重点和难点1、竖直平面内圆周运动的向心力表达式．2、关于对临界问题的讨论和分析．三、课堂合作探究1：汽车过桥2：绳球模型（1）最高点向心力公式：（2）当绳子拉力为0时，小球在最高点的速度为多大：（3）若在最高点的速度v<（4）要让小球通过最高点，其临界速度多大：轻绳拓展模型（1）环对小球的作用力与绳对小球的作用力有何共同之处？（2）绳球模型与外轨道模型的结论关系？3、轻杆模型（1）杆对物体产生的力与绳有何不同：（2）最高点杆对小球产生拉力时向心力方程：（3）最高点杆对小球产生支持力时向心力方程：（4）要让小球通过最高点，其临界速度多大： 结论： （1）最高点当0v =时，杆对小球的支持力 小球的重力；（2）最高点当0v <<时，杆对小球产生 力；（3）最高点当v =时，杆对小球的作用力 ；（4）最高点当v >时，杆对小球产生 力。
轻杆拓展模型（1）光滑圆管对小球的作用力与杆对小球的作用力有何共同之处（2）圆管模型与轻杆模型的结论有何关系？四、总结提升1、对于这三类模型，临界速度有什么区别？2、从能量的角度分析，遵守什么规律？3、步骤方法总结：五、经典赏析1、绳系着装水的桶，在竖直平面内做圆周运动，水的质量m=0.5kg ，绳长=40cm.求（1）桶在最高点水不流出的最小速率？（2）水在最高点速率为3m/s 时水对桶底的压力？(g 取10m/s2)2、杆长为l ，球的质量为 m ，杆连球在竖直平面内绕轴O 自由转动，已知在最高点处，杆对球的弹力大小为F=0.5mg ，求（1）这时小球的瞬时速度大小。
（2）小球在最低点时瞬时速度大小六、当堂检测1．如图所示，用长为L 的细绳拴着质量为m 的小球在竖直平面内做圆周运动，则下列说法中正确的是( )A 、小球在圆周最高点时所受的向心力一定为重力B 、小球在最高点时绳子的拉力不可能为零C 、若小球刚好能在竖直平面内做圆周运动，则其在最高点的速率为0D 、小球过最低点时绳子的拉力一定大于小球重力2、如图所示，质量为m ＝0.2kg 的小球固定在长为L ＝0.4m 的轻杆的一端，杆可绕O 点的竖直平面内转动．取g=10m/s2，求： 当小球在最高点的速度为V 1=6m/s 时，杆对球的作用力的大小和方向。
教案竖直平面内的圆周运动及实例分析
教案竖直平⾯内的圆周运动及实例分析竖直平⾯内的圆周运动及实例分析说明：竖直平⾯内的圆周运动⼀般是变速圆周运动(带电粒⼦在匀强磁场中运动除外)，运动的速度⼤⼩和⽅向在不断发⽣变化，运动过程复杂，合外⼒不仅要改变运动⽅向，还要改变速度⼤⼩，所以对此要根据⽜顿第⼆定律的瞬时性解决问题：在变速圆周运动中，虽然物体在各位置受到的向⼼⼒分别产⽣了物体通过各位置的向⼼加速度，但向⼼⼒公式仍是适⽤的．但要注意，对于物体做匀速圆周运动的情况，只有在物体通过最⾼点和最低点时，向⼼⼒才是合外⼒．⼀般不研究任意位置的情况，只研究特殊的临界位置──最⾼点和最低点。
同时，还可以向学⽣指出：此问题中出现的对⽀持⾯的压⼒⼤于或⼩于物重的现象，是发⽣在圆周运动中的超重或失重现象．⼀、教学⽬标：1.知识与技能：（1）理解匀速圆周运动是变速运动；（2）进⼀步理解向⼼⼒的概念；（3）掌握竖直平⾯内最⾼点和最低点的圆周运动。
2.过程与⽅法：通过对竖直平⾯内特殊点的研究，培养学⽣观察能⼒、抽象概括和归纳推理能⼒。
3.情感态度价值观：渗透科学⽅法的教育。
⼆、重点难点：教学重点：分析向⼼⼒来源．教学难点：实际问题的处理⽅法．向⼼⼒概念的建⽴及计算公式的得出是教学重点，也是难点。
通过⽣活实例及实验加强感知，突破难点。
三、授课类型：习题课四、上课过程：（⼀）、情景引⼊：（⼆）、两类模型——轻绳类和轻杆类(1)轻绳模型：⼀轻绳系⼀⼩球在竖直平⾯内做圆周运动.⼩球能到达最⾼点(刚好做圆v2，这时的速度是做圆周运周运动)的条件是⼩球的重⼒恰好提供向⼼⼒，即mg＝mr动的最⼩速度v min＝. （绳只能提供拉⼒不能提供⽀持⼒）.内侧的圆周运动，⽔流星的运动（⽔流星在竖直平⾯内作圆周运动过最⾼点的临界条件），过⼭车运动等，(2)轻杆模型：⼀轻杆系⼀⼩球在竖直平⾯内做圆周运动，⼩球能到达最⾼点(刚好做圆周运动)的条件是在最⾼点的速度 . （杆既可以提供拉⼒，也可提供⽀持⼒或侧向⼒.）①当v ＝0 时，杆对⼩球的⽀持⼒⼩球的重⼒；②当0gr 时，杆对⼩球提供⼒.类此模型：汽车过凸形拱桥，⼩球在竖直平⾯内的（光滑）圆环内运动，⼩球套在竖直圆环上的运动等。
教案《竖直平面内的圆周运动实例分析》
教案《竖直平面内的圆周运动实例分析》教案：竖直平面内的圆周运动实例分析一、教学内容本节课我们将学习竖直平面内的圆周运动，并通过实例进行分析和讨论。
二、教学目标1.理解竖直平面内的圆周运动的基本概念。
2.掌握圆周运动的相关公式和计算方法。
3.能够通过实例分析得出相关结论。
三、教学步骤与内容安排步骤一：导入(10分钟)1.出示一个竖直平面内的圆周运动的动态图像，并引导学生观察。
2.导师提出问题：你们观察到了什么？这种运动有什么特点？3.学生回答并进行讨论。
导师帮助学生总结出竖直平面内的圆周运动的特点和规律。
步骤二：讲解与示范(20分钟)1.讲解圆周运动的基本概念：包括圆周运动的定义、圆周运动的参量以及圆周运动的几何性质。
2.讲解圆周运动的相对性质：包括角速度和角加速度定义、相关公式以及圆周运动的相对性质。
3.通过实例进行说明和示范，以便学生更好地理解圆周运动的概念和相关公式。
步骤三：实例分析与讨论(30分钟)1.提供几个具体的实例问题，要求学生根据所学知识进行分析和讨论。
2.引导学生按照已学公式计算实例问题中的相关数值，然后讨论结果的意义和与实际情况的关系。
3.导师通过指导和引导，帮助学生总结出实例问题中圆周运动的特点和规律。
步骤四：拓展应用(20分钟)1.提供一些较为复杂的实例问题，要求学生运用所学知识进行分析和计算。
2.鼓励学生自主思考和解决问题，加深对圆周运动的理解和掌握。
3.导师进行点评和总结，强调圆周运动的实际应用以及进一步深入学习的方向。
四、教学方法与手段1.讲授法：通过讲解、示范和实例分析等方式讲解基本概念和相关公式。
2.实践法：通过实例讨论和计算，加深学生对圆周运动的理解和应用。
3.提问法：通过提问调动学生的积极性，激发学生的思考和讨论。
四、教学资源与学具1.动态图像或视频，用于引导学生观察并理解圆周运动的特点和规律。
2.尺子、计算器等学具，用于实例问题的计算和分析。
五、教学评估1.导师观察学生在实例分析和讨论中的表现，包括积极参与、思考问题的能力和解决实际问题的能力等方面进行评估。
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课题：竖直平面内的圆周运动实例分析
授课班级：高一14班授课时间：2016年4月12日
授课教师：罗华权
三维目标：
一、知识与技能
1、了解竖直平面内的圆周运动的特点；
2、会分析汽车过凸形桥最高点和凹形桥最低点的受力情况；
3、会分析轻杆、轻绳、管道内的小球做圆周运动在最高点、最低点的受力情况；
4、掌握轻杆、轻绳、管道内的小球做圆周运动的临界条件。
二、过程与方法
1、通过对圆周运动的实例分析，渗透理论联系实际的观点，提高学生的分析和解决问题的
能力。
2、通过对匀速圆周运动的规律也可以在变速圆周运动中使用，渗透特殊性和一般性之间的
辨证关系，提高学生的分析能力。
3、运用启发式问题探索教学方法，激发学生的求知欲和探索动机；锻炼学生观察、分析、
抽象、建模的解决实际问题的方法和能力。
三、情感态度与价值观
1、通过对几个实例的分析，使学生养成仔细观察、善于发现、勤于思考的良好习惯，明确
具体问题必须具体分析；
2、激发学生学习兴趣，培养学生关心周围事物的习惯；
3、养成良好的思维表述习惯和科学的价值观。
教学重点：
1、分析汽车过凸形桥最高点和凹形桥最低点的受力情况；
2、分析轻绳、圆环内侧轨道、轻杆的小球做圆周运动在最高点、最低点的受力情况。
教学难点：
轻绳、圆环内侧轨道、轻杆等模型中的小球在竖直平面内做圆周运动的临界条件及应用。
教学方法：
讲授、分析、推理、归纳
教学用具：
过山车模型、水流星、多媒体课件等
课时安排：
1课时
教学过程：
上节课我们对生活中常见的匀速圆周运动进行了实例分析。
知道分析和研究匀速圆周运动的问题，关键是把向心力的来源弄清楚，然后再结合牛顿第二定律解决相关具体问题。
这节课我们将进一步学习竖直平面内的变速圆周运动，生活中有哪些常见的竖直平面内的圆周运动呢？
一、汽车过凹凸桥
1. 汽车过凸形桥的最高点
公路上的拱形桥是常见的，汽车过桥时的运动也可看做圆周运动。
通过提问，引导学生进入状态。
问题1：如果汽车在水平路面上匀速行驶或静止时，在竖直方向上受力如何？ 问题2：如果汽车在拱形桥顶点静止时，桥面受到的压力如何？
问题3：如果汽车在拱形桥上，以某一速度v 通过圆弧半径为R 的拱形桥的最高点的时候，桥面受到的压力如何？
引导学生分析受力情况，并逐步求得桥面所受压力。
选汽车为研究对象。
分析汽车所受的力如图，知道了桥对汽车的支持力F N ，桥所受的压力也就知道了。
汽车在竖直方向受到重力mg 和桥的支持力F N ，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力F 。
鉴于向心加速度的方向是竖直向下的，故合力为：
F ＝mg －F N
以a 表示汽车沿拱形桥面运动的向心加速度，根据牛顿第二定律有：
2
v F ma m R
所以
2
N v mg F m R
由此解出桥对车的支持力
2
N v F mg m R
汽车对桥的压力F 压与桥对汽车的支持力F N 是一对作用力和反作用力，大小相等。
所以压力的大小为：
F 压2
N
v F mg m R
【思考与讨论】
问题4：根据上式，结合前面的问题你能得出什么结论？ a 、汽车对桥面的压力小于汽车的重力mg ；
b 、汽车行驶的速度越大，汽车对桥面的压力越小。
问题5：试分析如果汽车的速度不断增大，会有什么现象发生呢？
当速度不断增大的时候，压力会不断减小，当达到gR v =0 时，汽车对桥面完全没有压力，
汽车“飘离”桥面。
问题6：汽车的速度比v 0＝gR 更大呢？汽车会怎么运动？（提示，此时汽车受力、速度、加速度如何）
汽车以大于或等于v 0的速度驶过拱形桥的最高点时，汽车与桥面的相互作用力为零，汽车只受重力，又具有水平方向的速度的v 0，因此汽车将做平抛运动。
问题7：如果是凹形桥，汽车行驶在最低点时，桥面受到的压力如何？ 2. 汽车过凹形桥的最低点
汽车过凹形桥时的运动也可看做圆周运动。
汽车通过凹形桥最低点时，如图，车对桥的压力比汽车的重力大些还是小些？
质量为m 的汽车在凹形桥上以速度v 前进，若桥面的圆弧半径为R ，我们来分析汽车通过桥的最低点时对桥的压力。
选汽车为研究对象。
分析汽车所受的力如图，知道了桥对汽车的支
mg
F N
持力F N ，桥所受的压力也就知道了。
汽车在竖直方向受到重力mg 和桥的支持力F N ，它们的合力就是使汽车做圆周运动的向心力F 。
根据向心力公式有：
2
N v F mg m R
由此解出桥对车的支持力
2
N v F mg m R
汽车对桥的压力F 压与桥对汽车的支持力F N 是一对作用力和反作用力，大小相等。
所以压力的大小为：
F 压
2
N v F mg m R
由此可以看出，汽车对桥的压力F 压大于汽车的重量mg ，而且汽车的速度越大，汽车对桥的压力越大。
问题8：上学期我们曾经学习过超重和失重现象，那么试利用“超、失重”的观点定性分析汽车在拱形桥最高点，凹形桥的最低点分别处于哪种状态？
超失重现象不只发生在竖直方向运动的物体上，而是竖直方向是否有加速度，与速度方向无关。
强调：上述过程中汽车虽然不是做匀速圆周运动，但我们仍然使用了匀速圆周运动的公式。
原因是向心力和向心加速度的关系是一种瞬时对应关系，即使是变速圆周运动，在某一瞬时，牛顿第二定律同样成立，因此，向心力公式照样适用。
二、水流星、过山车（轻绳模型）
向学生展示水流星、过山车的图片，并提出问题：为什么在最高点时过山车不竖直下落？水不会流出呢?
请学生用自制教具做水流星表演并提出问题。
问题1：最高点水的受力情况？向心力是什么？ 问题2：最低点水的受力情况？向心力是什么？ 问题3：速度最小是多少时才能保证水不流出？
学生讨论：最高点、最低点整体的受力情况。
师生互动：在竖直平面内圆周运动能经过最高点的临界条件：
用绳系水杯沿圆周运动，杯内的水恰能经过最高点时，满足弹力F=0,重力提供向心力
mg=m r
v 2 得临界速度v 0
=gr
当水杯速度v ≥gr 时才能经过最高点。
请学生演示小球过山车及轻绳拴小球在竖直平面内做圆周运动的实验，引导学生分析比较小球过最高点的受力情况。
三、轻杆模型 【思考与讨论】
如果是用杆固定小球使球绕杆另一端在竖直平面内做圆周运动，上面所求的临界速率还适用吗？
轻杆与轻绳不同，既能产生拉力，也能产生支持力，由于小球所受重力可以由杆给它的向上
2N v mg F m R 2N
v F mg
m R
2N v F mg
m R 2N
v F mg
m R
2N
v F mg m l 2N
v F m mg
l
的支持力平衡，由mg －F=m r
v 2=0 得：临界速度v 0
=0 故小球到达最高点的最小速度v 0＝0。
当小球速度v ≥0时，就可经过最高点。
当通过最高点的速率v ＞
gr 时，
杆对球产生向下的拉力；当通过最高点的速率v ＝gr 时，杆对球的作用力为0；当通过最高点的速率v ＜
gr 时，杆对球产生向上的支持力。
【问题研讨】
当小球运动到最低点时轻杆对小球的作用力情况怎样和最高点时有什么不同呢？
课堂小结：
师生共同回顾本节内容。
1．竖直平面内的圆周运动是典型的变速运动，高中阶段只分析通过最高点和最低点的情况，经常考查临界状态，其问题可分为以下两种模型：轻绳模型和轻杆模型。
2．轻绳模型特点 3．轻杆模型特点 作业布置：《竖直平面内的圆周运动实例分析》学案
板书设计： 课题：竖直平面内的圆周运动实例分析
一、汽车过凹凸桥
1.汽车过凸形桥
2.汽车过凹形桥
二、轻绳模型
三、轻杆模型
当v=0时，N=mg 方向向上
当0<v<rg
时，r
v m mg N 2
-= 方向向上 当rg
=υ
时，N=0
当v>
rg 时，mg
r
v
m N -=2
方向向下 教学反思：
mg F N。