新课标2018高考物理一轮复习第四章曲线运动第3讲圆周运动及向心力公式的应用课件

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1、物理课标版第3讲圆周运动及向心力公式的应用考点一圆周运动运动学分析考点一圆周运动运动学分析1.匀速圆周运动(1)定义:做圆周运动的物体,若在相等的时间内通过的圆弧长相等,就是匀速圆周运动。匀速圆周运动是线速度大小不变的圆周运动。(2)性质:加速度大小不变,方向始终指向圆心,是变加速运动。(3)条件:合外力大小不变,方向始终与速度方向垂直且指向圆心。2.描述圆周运动的物理量定义、意义公式、单位(1)描述做圆周运动的物体运动快慢的物理量(v)(2)是矢量,方向和半径垂直,和圆周相切(1)v=(2)单位:m/s(1)描述物体绕圆心转动快慢的物理量()(2)中学不研究其方向(1)=(2)单位:rad/

2、s(1)周期是物体沿圆周运动一周的时间(T)(2)转速是物体在单位时间内转过的圈数(n),也叫频率(f)(1)T=,单位:s(2)n的单位:r/s、r/min(3)f=,单位:Hz(1)描述速度方向变化快慢的物理量(an)(2)方向指向圆心(1)an=2r(2)单位:m/s2(1)v=r=2rf(2)an=r2=v=r=42f2rst2 rTt2T2 rv21T2vr2 rT2vr224T(1)匀速圆周运动的速度大小保持不变。()(2)匀速圆周运动的加速度恒定。()(3)匀速圆周运动的物体所受合外力刚好提供向心力。()答案答案(1)(2)(3)在分析传动装置的各物理量时,要抓住不等量和相等量的

3、关系,表现为:1.同转动轴的各点角速度相等,而线速度v=r与半径r成正比,向心加速度a=2r与半径r成正比。A点和B点在同轴的一个圆盘上,如图所示,圆盘转动时,它们的角速度、线速度、周期存在以下定量关系:A=B,=,TA=TB,并且转动方向相同。2.当皮带不打滑时,传动皮带与和皮带连接的两轮边缘的各点线速度大小相等,而两轮的角速度=与半径r成反比,向心加速度a=与半径r成反比。ABvvrRvr2vrA点和B点分别是两个轮子边缘上的点,两个轮子用皮带连起来,并且皮带不打滑。如图所示,轮子转动时,它们的线速度、角速度、周期存在以下定量关系:vA=vB,=,=,并且转动方向相同。ABrRABTTRr

4、半径与齿数成正比vA=vB,=,=。式中n1、n2分别表示两齿轮的齿数。两点转动方向相反。AB21rr21nnABTT12rr12nn3.A点和B点分别是两个齿轮边缘上的点,两个齿轮轮齿啮合。如图所示,齿轮转动时,它们的线速度、角速度、周期存在以下定量关系:缘半径为R,且R=3r。现在进行倒带,使磁带绕到A轮上。倒带时A轮是主动轮,其角速度是恒定的,B轮是从动轮。经测定磁带全部绕到A轮上需要的时间为t。则从开始倒带到A、B两轮的角速度相等所需要的时间()A.B.tC.tD.t2t5126127121-1如图所示是磁带录音机的磁带盒的示意图,A、B为缠绕磁带的两个轮子,其半径均为r。在放音结束时

5、,磁带全部绕到了B轮上,磁带的外答案答案B因为A轮角速度一定,A轮磁带外缘半径随时间均匀增加,线速度v=r半径,故线速度大小随时间t均匀增加,可将磁带的运动等效为匀变速直线运动模型处理。整个过程中,设A轮外缘初速度为v,则末速度为3v,运动时间为t,加速度为a,位移即磁带总长度为x,由匀变速直线运动规律:(3v)2-v2=2ax,3v=v+at,当磁带有一半绕到A轮上时,两轮半径相等、两轮角速度相同,此时,v2-v2=ax,v=v+at,解得t=t,B正确。5121-2小明同学在学习了圆周运动的知识后,设计了一个课题,名称为:快速测量自行车的骑行速度。他的设想是:通过计算踏脚板转动的角速度,推

6、算自行车的骑行速度。经过骑行,他得到如下数据:在时间t内踏脚板转动的圈数为N,那么踏脚板转动的角速度=;要推算自行车的骑行速度,还需要测量的物理量有;自行车骑行速度的计算公式v=。答案答案2牙盘的齿数m、飞轮的齿数n、自行车后轮的半径R(牙盘的半径r1、飞轮的半径r2、自行车后轮的半径R)R解析解析角速度=。设牙盘的齿数为m,半径为r1,飞轮的齿数为n,半径为r2,后轮的半径为R,则自行车的速度v=后R,对牙盘和飞轮有后r2=r1或后n=m,得v=2R=R=2。Ntmn112222rrNmNRRRntrr t或或或2T2tN2 NtmRnmNnt12rr12rNRr t方法指导方法指导解答传动

7、问题的关键是确定各量关系,题1-2分析时需要注意以下几个关系:角速度=2n=2。同轴的两轮上各点角速度相同,由链条相连的两轮边缘上各点线速度相同,线速度v=R。Nt考点二圆周运动动力学分析考点二圆周运动动力学分析向心力(1)作用效果:产生向心加速度,只改变线速度的方向,不改变线速度的大小,因此向心力不做功。(2)大小:F=ma=m=mr2=mr。(3)方向:总是沿半径指向圆心,向心力是个变力。2vr224T1.对向心力的进一步理解向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力,也可以是各力的合力或某力的分力,总之,只要能达到维持物体做圆周运动效果的力,就是向心力。向心力是按力的作用效果来命名的。对各种

8、情况下向心力的来源应明确,如水平圆盘上跟随圆盘一起匀速转动的物体(图甲)和水平地面上匀速转弯的汽车,所受摩擦力提供向心力;圆锥摆(图乙)和以规定速率转弯的火车,向心力是重力与弹力的合力。2.圆周运动中向心力的分析(1)匀速圆周运动:物体做匀速圆周运动时受到的外力的合力就是向心力,向心力大小不变,方向始终与速度方向垂直且指向圆心,这是物体做匀速圆周运动的条件。(2)变速圆周运动:在变速圆周运动中,合外力不仅大小随时间改变,其方向也不沿半径指向圆心。合外力沿半径方向的分力(或所有外力沿半径方向的分力的矢量和)提供向心力,使物体产生向心加速度,改变速度的方向。合外力沿轨道切线方向的分力,使物体产生切