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沪科版高中物理必修2课件:2.1怎样描述圆周运动

1、第2章,2.1 怎样描述圆周运动,学习目标 1.知道什么是匀速圆周运动,知道它是变速运动. 2.记住线速度的定义式,理解线速度的大小、方向的特点. 3.记住角速度的定义式,知道周期、转速的概念. 4.理解掌握vr和2n等公式.,内容索引,自主预习梳理, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,一、线速度 1.定义:物体做圆周运动通过的 与通过这段 所用时间的比值,v . 2.意义:描述做圆周运动的物体 的快慢. 3.方向:线速度是矢量,方向与圆弧 ,与半径 . 4.匀速圆周运动 (1)定义:沿着圆周运动,并且线速度大小 的运动. (2)性质:线速度的方向是时刻 的,所以是一种 运动.,弧长

2、,弧长,运动,相切,垂直,处处相等,变化,变速,二、角速度 1.定义:连接物体与圆心的半径转过的 与转过这一 所用时间的比值, . 2.意义:描述物体绕圆心 的快慢. 3.单位 (1)角的单位:国际单位制中, 与 的比值表示角的大小,称为弧度,符号: . (2)角速度的单位:弧度每秒,符号是 或 .,角度,角度,转动,弧长,半径,rad,rad/s,rads1,三、周期和转速 1.周期T:物体沿圆周运动一周的 ,单位: . 2.转速n:物体在单位时间内完成圆周运动的 ,单位: 或. 3.周期和转速的关系:T (n单位r/s时).,转每分(r/min),时间,秒(s),圈数,转每秒(r/s),四

3、、描述圆周运动的各物理量之间的关系1.线速度与周期的关系:v .2.角速度与周期的关系: . 3.线速度与角速度的关系:v . 4.角速度与转速的关系: (转速的单位用r/s).,R,2n,1.判断下列说法的正误. (1)匀速圆周运动的线速度不变.( ) (2)做匀速圆周运动的物体,每经过相等的时间,通过的路程都相等.( ) (3)做匀速圆周运动的物体,周期大的转速一定小.( ) (4)做圆周运动的物体,其合外力不为零.( ),2.A、B两个质点,分别做匀速圆周运动,在相等时间内它们通过的弧长比sAsB23,转过的圆心角比AB32,那么它们的线速度之比vAvB_,角速度之比AB_.,23,32

4、,答案,解析,重点知识探究,一、线速度和匀速圆周运动,如图1所示为自行车的车轮,A、B为辐条上的两点,当它们随轮一起转动时,回答下列问题: (1)A、B两点的速度方向沿什么方向?,答案 两点的速度方向均沿各自圆周的切线方向.,答案 B运动的轨迹长,B运动得快.,(2)A、B两点在相同的时间内沿圆弧运动的轨迹长度相同吗?哪个运动得快?,图1,答案,(3)如果B点在任意相等的时间内转过的弧长相等,B做匀速运动吗?,答案 B运动的速率不变,但B运动的方向时刻变化,故B做非匀速运动.,答案 质点做匀速圆周运动时,线速度的大小不变,方向时刻在变化,因此,匀速圆周运动不是线速度不变的运动,只是速率不变,是

5、变速曲线运动.而“匀速直线运动”中的“匀速”指的是速度不变,是大小、方向都不变,二者并不相同.,(4)匀速圆周运动的线速度是不变的吗?匀速圆周运动的“匀速”同“匀速直线运动”的“匀速”一样吗?,答案,1.对线速度的理解: (1)线速度是物体做圆周运动的瞬时速度,线速度越大,物体运动得越快. (2)线速度是矢量,它既有大小,又有方向,线速度的方向在圆周各点的切线方向上. (3)线速度的大小:v ,s代表弧长.,2.对匀速圆周运动的理解: (1)匀中有变:由于匀速圆周运动是曲线运动,其速度方向沿着圆周的切线方向,所以物体做匀速圆周运动时,速度的方向时刻在变化. (2)匀速的含义: 速度的大小不变,

6、即速率不变. 转动快慢不变,即角速度大小不变. (3)运动性质: 线速度的方向时刻改变,所以匀速圆周运动是一种变速运动.,例1 (多选)某质点绕圆轨道做匀速圆周运动,下列说法中正确的是 A.因为它速度大小始终不变,所以它做的是匀速运动 B.它速度大小不变,但方向时刻改变,是变速运动 C.该质点速度大小不变,因而加速度为零,处于平衡状态 D.该质点做的是变速运动,具有加速度,故它所受合力不等于零,答案,解答本题要把握以下三点: (1)匀速圆周运动是变速运动.(2)线速度的物理意义:v .(3)路程是标量,位移是矢量.,二、角速度、周期和转速,如图2所示,钟表上的秒针、分针、时针以不同的角速度做圆

7、周运动. (1)秒针、分针、时针它们转动的快慢相同吗?如何比较它们转动的快慢?,答案 不相同.根据角速度公式 知,在相同的时间内,秒针转过的角度最大,时针转过的角度最小,所以秒针转得最快.,答案,图2,(2)秒针、分针和时针的周期分别是多大?,答案 秒针周期为60 s,分针周期为60 min,时针周期为12 h.,1.对角速度的理解: (1)角速度描述做圆周运动的物体绕圆心转动的快慢,角速度越大,物体转动得越快. (2)角速度的大小: ,代表在时间t内,物体与圆心的连线转过的角度. (3)在匀速圆周运动中,角速度大小不变,是恒量.,2.对周期和频率(转速)的理解: (1)周期描述了匀速圆周运动

8、的一个重要特点时间周期性.其具体含意是,描述匀速圆周运动的一些变化的物理量,每经过一个周期时,大小和方向与初始时刻完全相同,如线速度等. (2)当单位时间取1 s时,fn.频率和转速对匀速圆周运动来说在数值上是相等的,但频率具有更广泛的意义,两者的单位也不相同.,例2 (多选)一精准转动的机械钟表,下列说法正确的是 A.秒针转动的周期最长 B.时针转动的转速最小 C.秒针转动的角速度最大 D.秒针的角速度为 rad/s,解析 秒针转动的周期最短,角速度最大,A错误,C正确; 时针转动的周期最长,转速最小,B正确;,答案,解析,三、描述匀速圆周运动的各物理量之间的关系,线速度、角速度、周期都是用

9、来描述圆周运动快慢的物理量,它们的物理含义不同,但彼此间却相互联系. (1)线速度与周期及转速的关系是什么?,答案 物体转动一周的弧长s2r,转动一周所用时间为tT,,答案,答案 vr.,(2)角速度与周期及转速的关系是什么?,答案,(3)线速度与角速度什么关系?,1.描述匀速圆周运动的各物理量之间的关系:,(3)vr,2.描述匀速圆周运动的各物理量之间关系的理解: (1)角速度、周期、转速之间关系的理解:物体做匀速圆周运动时,由 2n知,角速度、周期、转速三个物理量,只要其中一个物理量确定了,其余两个物理量也确定了. (2)线速度与角速度之间关系的理解:由vr知,r一定时,v;v一定时, ;

10、一定时,vr.,例3 做匀速圆周运动的物体,10 s内沿半径为20 m的圆周运动100 m,试求物体做匀速圆周运动时: (1)线速度的大小;,答案 10 m/s,答案,解析,(2)角速度的大小;,答案 0.5 rad/s,答案,解析,(3)周期的大小.,答案 4 s,四、同轴转动和皮带传动问题,如图3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.,答案 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vr,当v一定时,角速度与半径成反比,半径大的角速度小.,答案,图3,(2)乙图为同轴传动装置,试分析A、C两点的角

11、速度及线速度关系.,答案 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vr,当一定时,线速度与半径成正比,半径大的线速度大.,答案,常见的传动装置及其特点,例4 (多选)如图4所示的传动装置中,B、C两轮固定在一起绕同一轴转动,A、B两轮用皮带传动,三个轮的半径关系是rArC2rB.若皮带不打滑,则A、B、C三轮边缘上a、b、c三点的 A.角速度之比为122 B.角速度之比为112 C.线速度大小之比为122 D.线速度大小之比为112,答案,解析,图4,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,B、C两轮固定在一起绕同

12、一轴转动,则B、C两轮的角速度相等. a、b比较:vavb 由vr得:abrBrA12 b、c比较:bc 由vr得:vbvcrBrC12 所以abc122 vavbvc112 故A、D正确.,识记传动装置的两个重要特点: (1)固定在一起同轴转动的物体上各点角速度相同. (2)不打滑的摩擦传动(包括皮带传动)的两轮边缘上各点线速度大小相等.,例5 一个圆环,以竖直直径AB为轴匀速转动,如图5所示,求环上M、N两点的: (1)线速度的大小之比; (2)角速度之比.,答案 (1) 1 (2)11,解析 M、N是同一环上的两点,它们与环具有相同的角速度, 即MN11, 两点做圆周运动的半径之比rMr

13、Nsin 60sin 30 1, 故vMvNMrMNrN 1.,图5,答案,解析,当堂达标检测,1.(对匀速圆周运动的认识)对于做匀速圆周运动的物体,下列说法中不正确的是 A.相等的时间内通过的路程相等 B.相等的时间内通过的弧长相等 C.相等的时间内通过的位移相等 D.在任何相等的时间里,连接物体和圆心的半径转过的角度都相等,1,2,3,4,解析 匀速圆周运动是指速度大小不变的圆周运动,因此在相等时间内通过的路程相等,弧长相等,转过的角度也相等,A、B、D项正确; 相等时间内通过的位移大小相等,方向不一定相同,故C项错误.,答案,解析,2.(描述圆周运动各量的关系)关于做匀速圆周运动的物体,

14、下列说法正确的是 A.因为在相等的时间内通过的圆弧长度相等,所以线速度恒定 B.如果物体在0.1 s内转过30角,则角速度为300 rad/s C.若半径r一定,则线速度与角速度成反比 D.若半径为r,周期为T,则线速度为v,1,2,3,4,答案,解析,解析 物体做匀速圆周运动时,线速度大小恒定,方向沿圆周的切线方向,在不断地改变,故选项A错误;,1,2,3,4,线速度与角速度的关系为vr,由该式可知,r一定时,v,选项C错误;,1,2,3,4,3.(传动问题分析)如图6所示,甲、乙、丙三个齿轮的半径分别为r1、r2、r3,并且r1r2r3.若甲齿轮的角速度为1,则丙齿轮的角速度为,图6,解析 甲、乙、丙三个齿轮边缘上各点的线速度大小相等,,答案,解析,4.(圆周运动的周期性)如图7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,求小球的初速度及圆盘转动的角速度的大小.,1,2,3,4,图7,答案,解析,解析 设球在空中运动时间为t,此圆盘转过角.,1,2,3,4,n2(n1,2,3) 又因为t,本课结束,