圓周運(yùn)動(dòng)

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j.Co M 5.4 圓周運(yùn)動(dòng) 學(xué)案(人教版必修2)

1.描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量

物理量

物理意義

定義、公式、單位

線速度

描述物體沿圓周____方向運(yùn)動(dòng)的快慢程度

①物體沿圓周通過(guò)的____與時(shí)間的比值

②v=________

③單位:m/s

④方向:沿____________方向

角速度

描述物體繞圓心________的快慢

①連結(jié)運(yùn)動(dòng)質(zhì)點(diǎn)和圓心的半徑掃過(guò)的________與時(shí)間的比值

②ω=________

③單位:rad/s

周期

和轉(zhuǎn)速

描述勻速圓周運(yùn)動(dòng)的______

①周期T:做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,轉(zhuǎn)過(guò)____所用的時(shí)間,公式T=________,單位:____

②轉(zhuǎn)速n:物體單位時(shí)間內(nèi)所轉(zhuǎn)過(guò)的____,單位:____、____

2.當(dāng)物體做勻速圓周運(yùn)動(dòng)時(shí),線速度大小處處________,方向沿圓周________方向,是一種變速運(yùn)動(dòng).

3.線速度和周期的關(guān)系式是________,角速度和周期的關(guān)系式是________,線速度和角速度的關(guān)系式是________,頻率和周期的關(guān)系式是________.

4.在分析傳動(dòng)裝置的各物理量之間的關(guān)系時(shí),要先明確什么量是相等的,什么量是不等的,在通常情況下:

(1)同軸的各點(diǎn)角速度、轉(zhuǎn)速、周期________,線速度與半徑成________.

(2)在不考慮皮帶打滑的情況下,皮帶上各點(diǎn)與傳動(dòng)輪上各點(diǎn)線速度大小________,而角速度與半徑成________.

5.下列關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的說(shuō)法中,正確的是(  )

A.線速度不變 B.角速度不變

C.加速度為零 D.周期不變

6.關(guān)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度和線速度,下列說(shuō)法正確的是(  )

A.半徑一定,角速度和線速度成反比

B.半徑一定,角速度和線速度成正比

C.線速度一定,角速度和半徑成反比

D.角速度一定,線速度和半徑成正比
【概念規(guī)律練】

知識(shí)點(diǎn)一 勻速圓周運(yùn)動(dòng)的概念

1.對(duì)于做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,下列說(shuō)法中錯(cuò)誤的是(  )

A.相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的路程相等

B.相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)相等

C.相等的時(shí)間內(nèi)運(yùn)動(dòng)的位移相同

D.相等的時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的角度相等

知識(shí)點(diǎn)二 描述圓周運(yùn)動(dòng)的物理量之間的關(guān)系

圖1

2.如圖1所示,圓環(huán)以直徑AB為軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),已知其半徑R=0.5 m,轉(zhuǎn)動(dòng)周期T=4 s,

求環(huán)上P點(diǎn)和Q點(diǎn)的角速度和線速度.

知識(shí)點(diǎn)三 傳動(dòng)裝置問(wèn)題的分析

3.如圖2所示為某一皮帶傳動(dòng)裝置.主動(dòng)輪的半徑為r1,從動(dòng)輪的半徑為r2.已知主動(dòng)

輪做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),轉(zhuǎn)速為n,轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中皮帶不打滑.下列說(shuō)法正確的是(  )

圖2

A.從動(dòng)輪做順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng) B.從動(dòng)輪做逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)

C.從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為n D.從動(dòng)輪的轉(zhuǎn)速為n

4.如圖3所示的皮帶傳動(dòng)裝置(傳動(dòng)皮帶是繃緊的且運(yùn)動(dòng)中不打滑)中,主動(dòng)輪O1的半

徑為r1,從動(dòng)輪O2有大小兩輪且固定在同一個(gè)軸心O2上,半徑分別為r3、r2,已知r3

=2r1,r2=1.5r1,A、B、C分別是三個(gè)輪邊緣上的點(diǎn),則當(dāng)整個(gè)傳動(dòng)裝置正常工作時(shí),

A、B、C三點(diǎn)的線速度之比為_(kāi)_______;角速度之比為_(kāi)_______;周期之比為_(kāi)_______.

圖3

【方法技巧練】

圓周運(yùn)動(dòng)與其他運(yùn)動(dòng)結(jié)合的問(wèn)題的分析技巧

5.

圖4

如圖4所示,半徑為R的圓盤(pán)繞垂直于盤(pán)面的中心軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng),在其正上方h處沿OB

方向水平拋出一小球,要使球與盤(pán)只碰一次,且落點(diǎn)為B,則小球的初速度v=________,

圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω=________.

6.如圖5所示,

圖5

有一直徑為d的紙制圓筒,使它以角速度ω繞軸O勻速轉(zhuǎn)動(dòng),然后使子彈沿直徑穿過(guò)圓

筒.若子彈在圓筒旋轉(zhuǎn)不到半周時(shí),就在圓筒上先后留下a、b兩個(gè)彈孔,已知aO、bO

的夾角為φ,求子彈的速度.

參考答案 課前預(yù)習(xí)練

1.切線、倩¢L(zhǎng)、凇、軋A弧的切線 轉(zhuǎn)動(dòng)、俳嵌取、凇】炻潭取、僖恢堋 、谌(shù) r/s r/min

2.相等 切線

3.v= ω= v=rω f=

4.(1)相等 正比 (2)相等 反比

5.BD [勻速圓周運(yùn)動(dòng)的角速度是不變的,線速度的大小不變,但方向時(shí)刻變化,故勻速圓周運(yùn)動(dòng)的線速度是改變的,因而加速度不為零.]

6.BCD [由v=ωr,知B、C、D正確.]

課堂探究練

1.C [勻速圓周運(yùn)動(dòng)在任意相等的時(shí)間內(nèi)通過(guò)的弧長(zhǎng)相等,通過(guò)的角度相等,但相等時(shí)間段內(nèi)對(duì)應(yīng)的位移方向不同,故C錯(cuò).]

2.1.57 rad/s 1.57 rad/s

0.39 m/s 0.68 m/s

解析 P點(diǎn)和Q點(diǎn)的角速度相同,其大小是

ω== rad/s=1.57 rad/s

P點(diǎn)和Q點(diǎn)繞AB做圓周運(yùn)動(dòng),其軌跡的圓心不同.P點(diǎn)和Q點(diǎn)的圓半徑分別為

rP=R?sin 30°=R,rQ=R?sin 60°=R.

故其線速度分別為

vP=ω?rP≈0.39 m/s,vQ=ω?rQ=0.68 m/s.

點(diǎn)評(píng) 解決此類(lèi)題目首先要確定質(zhì)點(diǎn)做圓周運(yùn)動(dòng)的軌跡所在的平面及圓心的位置,從而確定半徑,然后由v、ω的定義式及v、ω、R的關(guān)系式來(lái)計(jì)算.

3.BC [主動(dòng)輪順時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí),皮帶帶動(dòng)從動(dòng)輪逆時(shí)針轉(zhuǎn)動(dòng),A項(xiàng)錯(cuò)誤,B項(xiàng)正確;由于兩輪邊緣線速度大小相同,根據(jù)v=2πrn,可得兩輪轉(zhuǎn)速與半徑成反比,所以C項(xiàng)正確,D項(xiàng)錯(cuò)誤.]

4.4∶4∶3 2∶1∶1 1∶2∶2

解析 因同一輪子(或固定在同一軸心上的兩輪)上各點(diǎn)的角速度都相等,皮帶傳動(dòng)(皮帶不打滑)中與皮帶接觸的輪緣上各點(diǎn)在相等時(shí)間內(nèi)轉(zhuǎn)過(guò)的圓弧長(zhǎng)度相等,其線速度都相等.故本題中的B、C兩點(diǎn)的角速度相等,即

ωB=ωC ①

A、B兩點(diǎn)的線速度相等,即vA=vB ②

因A、B兩點(diǎn)分別在半徑為r1和r3的輪緣上,r3=2r1.

故由ω=及②式

可得角速度ωA=2ωB ③

由①③式可得A、B、C三點(diǎn)角速度之比為

ωA∶ωB∶ωC=2∶1∶1 ④

因B、C分別在半徑為r3、r2的輪緣上,

r2=r1=r3

故由v=rω及①式

可得線速度vB=vC ⑤

由②⑤式可得A、B、C三點(diǎn)線速度之比為

vA∶vB∶vC=4∶4∶3 ⑥

由T=及④式可得A、B、C三點(diǎn)的周期之比為

TA∶TB∶TC=1∶2∶2. ⑦

點(diǎn)評(píng)、偻粓A盤(pán)上的各點(diǎn)角速度和周期相同.②皮帶(皮帶不打滑)或齒輪傳動(dòng)的兩圓盤(pán),與皮帶相接觸的點(diǎn)或兩圓盤(pán)的接觸點(diǎn)線速度相同.

5.R 2nπ(n=1,2,3,…)

解析 小球做平拋運(yùn)動(dòng),在豎直方向上有h=gt2,則運(yùn)動(dòng)時(shí)間t=.

又因?yàn)樗轿灰茷镽,所以小球的初速度

v==R.

在時(shí)間t內(nèi)圓盤(pán)轉(zhuǎn)過(guò)的角度θ=n?2π(n=1,2,3,…)

又因?yàn)棣龋溅豻,則圓盤(pán)轉(zhuǎn)動(dòng)的角速度ω===2nπ(n=1,2,3,…)

方法總結(jié) 由于圓周運(yùn)動(dòng)的周期性,解答時(shí)要注意各種解的可能性.與平拋運(yùn)動(dòng)的結(jié)合也是從時(shí)間上找突破口,兼顧位移關(guān)系.

6.

解析 子彈從a穿入圓筒到從b穿出圓筒,圓筒旋轉(zhuǎn)不到半周,故圓筒轉(zhuǎn)過(guò)的角度為π-φ,則子彈穿過(guò)圓筒的時(shí)間為t=.

在這段時(shí)間內(nèi)子彈的位移為圓筒的直徑d,則子彈的速度為v==.

方法總結(jié) 兩種運(yùn)動(dòng)的結(jié)合,其結(jié)合點(diǎn)是時(shí)間,抓住時(shí)間的等量關(guān)系,此題就可迎刃而解.


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