高中物理粤教版 (2019)必修 第二册第二章 圆周运动第一节 匀速圆周运动背景图课件ppt
展开一、线速度1.填一填(1)圆周运动:运动轨迹为 或一段 的机械运动。(2)线速度。①定义:物体运动的 与时间Δt之比。②定义式:v=___。③方向:物体做圆周运动时该点的 方向。线速度是矢量。④物理意义:表示物体在某点运动的 。(3)匀速圆周运动:线速度 处处相等的圆周运动。因线速度的方向在时刻变化,故匀速圆周运动是一种 运动。
3.选一选[多选]关于匀速圆周运动,下列说法中正确的是( )A.匀速圆周运动是变速运动B.匀速圆周运动的速率不变C.任意相等时间内通过的位移相等D.任意相等时间内通过的路程相等解析:由匀速圆周运动的定义知,线速度的大小不变也就是速率不变,但线速度方向时刻改变,故A、B两项正确;做匀速圆周运动的物体在任意相等时间内通过的弧长即路程相等,D项正确、C项错误。答案:ABD
2.判一判(1)角速度是标量,它没有方向。 ( )(2)物体做匀速圆周运动时在相等的时间内转过的角度相等。 ( )(3)做匀速圆周运动的物体,角速度越大,周期就越大。 ( )3.想一想钟表上的时针和分针绕轴转动的角速度一样吗?提示:时针12小时转一周,分针1小时转一周,故分针绕轴转动的角速度较大。
三、线速度、角速度和周期间的关系1.填一填(1)线速度和周期、半径的关系:v=____。(2)角速度和周期的关系:ω=___。(3)线速度和角速度的关系:v= 。2.判一判(1)匀速圆周运动的周期越大,则线速度越大。 ( )(2)匀速圆周运动的周期越大,则角速度越小。 ( )(3)匀速圆周运动的角速度越大,则线速度越大。 ( )
3.想一想打篮球的同学可能玩过转篮球,让篮球在指尖旋转,展示自己的球技。如图所示,若篮球正绕指尖所在的竖直轴旋转,那么篮球上不同高度的各点的角速度相同吗?线速度相同吗?提示:篮球上各点的角速度是相同的。但由于不同高度的各点转动时的圆心、半径不同,由v=ωr可知不同高度的各点的线速度不同。
探究(一) 描述圆周运动的各物理量的关系[问题驱动]如图所示是一个玩具陀螺,a、b、c是陀螺上的三个点;当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度ω稳定旋转时:(1)陀螺绕垂直于地面的轴线稳定旋转时,a、b、c三点角速度和周期各有什么关系?提示:ωa=ωb=ωc,Ta=Tb=Tc。(2)a、b、c三点做圆周运动的线速度有什么关系?提示:va=vc>vb。
[重难释解]1.描述圆周运动的各物理量间的关系
2.v、ω及r间的关系(1)由v=ωr知,r一定时,v∝ω;ω一定时,v∝r。v与ω、r间的关系如图甲、乙所示。
“厦门海底隧道工程”是中国首条海底地铁盾构隧道施工技术应用的成果,达到国际领先水平。如图所示是挖掘隧道使用的隧道盾构机。盾构刀盘直径为15.01米,相当于五层楼高度。其基本工作原理是沿隧道轴线边向前推进,通过旋转前端盾形结构利用安装在前端的刀盘对土壤进行开挖切削,挖掘出来的土碴被输送到后方。如图所示为某盾构机前端。以下说法中正确的是( )A.盾构机前端转动时,各个刀片转动的角速度相同B.盾构机前端转动时,各刀片的速度随半径的增大而减小C.当盾构机前端转速为3 r/min时,其转动周期为0.05 sD.当盾构机前端转速为3 r/min时,盾构机外边缘的速度约为2.4 m/s
圆周运动各物理量间关系的应用技巧(1)分析线速度和角速度的关系,应用公式v=ωr。(2)分析转速和角速度的关系,应用公式ω=2πn。
[素养训练]1.(2023·浙江1月学考)如图所示,A、B是电风扇叶片上的两点。电风扇工作时A、B两点的角速度大小分别为ωA、ωB,线速度大小分别为vA、vB,则( )A.ωA>ωB B.ωA<ωBC.vA>vB D.vA<vB解析:由题图可知A、B是电风扇叶片上的两点,同轴转动,则角速度相等,即ωA=ωB,根据v=rω,rA>rB,可知vA>vB,选项C正确。答案:C
2.如图所示,A、B为某小区门口自动升降杆上的两点,A在杆的顶端,B在杆的中点处。杆从水平位置匀速转至竖直位置的过程中,A、B两点 ( )A.角速度大小之比为2∶1B.角速度大小之比为1∶2C.线速度大小之比为2∶1D.线速度大小之比为1∶2解析:因为A、B两点是同轴转动,所以A、B两点的角速度是相等的,故A、B错误;由v=ωr,可知速度之比等于半径之比,故A、B两点线速度大小之比为2∶1,故C正确,D错误。答案:C
3. (2022·珠海高一检测)甲、乙两位同学每天坚持晨跑,甲沿着半径为2R的圆周跑道匀速率跑步,乙沿着半径为R的圆周跑道匀速率跑步,在相同的时间内,甲、乙各自跑了一圈,他们的角速度和线速度的大小分别为ω1、ω2和v1、v2,则( )A.ω1>ω2,v1<v2 B.ω1<ω2,v1>v2C.ω1=ω2,v1<v2 D.ω1=ω2,v1>v2
探究(二) 常见三种转动装置[问题驱动]如图为两种传动装置的模型图。(1)甲图为皮带传动装置,试分析A、B两点的线速度及角速度关系。提示:皮带传动时,在相同的时间内,A、B两点通过的弧长相等,所以两点的线速度大小相同,又v=ωr,当v一定时,角速度与半径成反比,半径大的角速度小。
(2)乙图为同轴传动装置,试分析A、C两点的角速度及线速度关系。提示:同轴传动时,在相同的时间内,A、C两点转过的角度相等,所以这两点的角速度相同,又因为v=ωr,当ω一定时,线速度与半径成正比,半径大的线速度大。
如图所示的传动装置中,B、C两轮固定在一起同轴转动,A、B两轮用皮带传动,三个轮的半径关系是rA=rC=2rB。若皮带不打滑,求A、B、C三轮边缘上a、b、c三点的角速度之比和线速度之比。解析:A、B两轮通过皮带传动,皮带不打滑,则A、B两轮边缘的线速度大小相等,即va=vb或va∶vb=1∶1,①由v=ωr得ωa∶ωb=rB∶rA=1∶2,②B、C两轮固定在一起同轴转动,则B、C两轮的角速度相等,即ωb=ωc或ωb∶ωc=1∶1,③由v=ωr得vb∶vc=rB∶rC=1∶2,④由②③得ωa∶ωb∶ωc=1∶2∶2,由①④得va∶vb∶vc=1∶1∶2。
答案:1∶2∶2 1∶1∶2
[迁移·发散]上述典例中,若C轮的转速为n r/s,其他条件不变,则A轮边缘的线速度和角速度各为多大?
[素养训练]1.如图所示,风力发电机叶片上有a和b两点,在叶片转动时,a、b的角速度分别为ωa、ωb,线速度大小为va、vb,则( )A.ωa<ωb,va=vbB.ωa>ωb,va=vbC.ωa=ωb,va
2.如图所示动力传输装置,电动机皮带轮的半径小于机器皮带轮的半径,轮边缘上有两点A、B,关于这两点的线速度v、角速度ω、周期T,下列关系正确的是( )A.vA<vB B.vA>vBC.TA>TB D.ωA>ωB
3.共享单车是目前我国规模最大的校园交通代步解决方案,为广大高校师生提供了方便快捷、低碳环保、经济实用的共享单车服务。如图所示是一辆共享单车,A、B、C三点分别为单车轮胎和前、后两齿轮外沿上的点,其中RA=2RB=5RC,下列说法中正确的是 ( )A.ωB=ωC B.vC=vAC.2ωA=5ωB D.vA=2vB解析:B轮和C轮是链条传动,链条传动的特点是两轮与链条接触点的线速度的大小与链条的线速度大小相同,故vB=vC,根据v=ωR,得5ωB=2ωC,故A错误;由于A轮和C轮同轴,故两轮角速度相同,根据v=ωR,得vA=5vC,故B错误;因vA=5vC,vA=ωARA,vC=vB=ωBRB,故vA=5vB,2ωA=5ωB,故C正确,D错误。答案:C
4. 如图所示,A、B两个齿轮的齿数分别是z1、z2,各自固定在过O1、O2的轴上。其中过O1的轴与电动机相连接,此轴转速为n1,求:(1)A、B两齿轮的半径r1、r2之比。(2)B齿轮的转速n2。
探究(三) 匀速圆周运动的多解问题[重难释解]匀速圆周运动的周期性和多解性因匀速圆周运动具有周期性,使得前一个周期中发生的事件在后一个周期中同样可能发生,这就要求我们在确定做匀速圆周运动物体的运动时间时,必须把各种可能都考虑进去,一般t=nT(T为运动周期,n为运动圈数)。
匀速圆周运动多解问题(1)明确两个物体参与运动的性质和求解的问题;两个物体参与的两个运动虽然独立进行,但一定有联系点,其联系点一般是时间或位移等,抓住两运动的联系点是解题关键。(2)注意圆周运动的周期性造成的多解。分析问题时可暂时不考虑周期性,表示出一个周期的情况,再根据运动的周期性,在转过的角度θ上再加上2nπ,具体n的取值应视情况而定。
[素养训练]1. 如图所示,半径为R的圆盘绕垂直于盘面的中心轴匀速转动,其正上方h处沿OB方向水平抛出一小球,要使球与盘只碰一次,且落点为B,求小球的初速度和圆盘转动的角速度ω。
2.如图所示,B物体放在光滑的水平地面上,在水平恒力F的作用下由静止开始运动,B物体质量为m,同时A物体在竖直面内由M点开始逆时针做半径为r、角速度为ω的匀速圆周运动。求力F为多大时可使A、B两物体在某些时刻的速度相同。
3.如图所示,用薄纸做成的圆筒直径为D,竖直放置,绕圆筒轴线OO′以角速度ω0逆时针匀速运动。一玩具手枪发出的子弹,沿水平方向匀速飞来(不计子弹重力影响),沿圆筒的直径方向击穿圆筒后飞出(设薄纸对子弹的运动速度无影响且认为纸筒没有发生形变),结果在圆筒上只留下子弹的一个洞痕,求子弹的速度。
一、培养创新意识和创新思维炎炎的夏夜,当你在日光灯下打开电风扇,你会发现随着电风扇转速的变化,电风扇叶片有时仿佛静止不动,有时倒转,有时正转。这是怎么回事呢?解析:日光灯并不是连续发光,而是随着交流电的频率不停地闪烁,断断续续将物体照亮。目前,我国使用的交流电频率是50 Hz,日光灯发光的频率是其两倍,即每秒有100次闪烁。由于人眼的视觉暂留性,通常情况下感觉不到这种闪烁,但对于高速转动的物体就不同了。由于日光灯每秒钟100次照亮物体,因此,当电风扇的转速达到100 r/s的整数倍时,电风扇的叶片总是在同一位置上。这样人就觉得电风扇叶片是“静止”不动的了。
二、注重学以致用和思维建模1.一户外健身器材如图所示,当器材上轮子转动时,轮子上A、B两点的( )A.转速nB>nAB.周期TB>TAC.线速度vB>vAD.角速度ωB>ωA解析:A、B两点为同轴转动,所以nA=nB,TA=TB,ωA=ωB,而线速度v=ωr,所以vB>vA,故C正确。答案:C
解析:手轮圈和大车轮的转动角速度相等,都等于ω,大车轮、小车轮和地面之间不打滑,则大车轮与小车轮的线速度相等,若小车轮的半径是r,则有v=ω·9r=ω′·r,小车轮的角速度为ω′=9ω,选项D正确。答案:D
3.(2023·广东1月学考)如图所示,P、Q为固定在自行车后轮上的两个转动齿轮,与车后轮同角速度转动,通过链条与脚踏轮M连接,P轮的半径比Q轮的大。保持M以恒定角速度转动,将链条由Q轮换到P轮,则车后轮转动的( )A.角速度不变 B.角速度变小C.周期不变 D.周期变小
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