2021年高中物理新人教版必修第二册 第6章 1 圆周运动 课件（55张PPT）
文档属性
| 名称 | 2021年高中物理新人教版必修第二册 第6章 1 圆周运动 课件（55张PPT） |
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| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 10.4MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 人教版（2019） | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2021-10-13 00:00:00 | ||
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文档简介
(共55张PPT)
第六章 圆周运动
1 圆周运动
①物理观念：会用线速度、角速度、周期描述圆周运动，知道向心加速度的内涵，能分析匀速圆周运动的向心力；能用向心力及向心加速度等解释生产生活中的离心现象及其产生的原因．具有与匀速圆周运动相关的运动与相互作用的观念．
②科学思维：能基于熟悉情境建构匀速圆周运动模型解决问题；能对常见的匀速圆周运动进行分析推理，获得结论；能用与匀速圆周运动相关的证据说明结论并作出解释；能从不同角度分析解决匀速圆周运动问题．
③科学探究：能完成“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”等物理实验．能分析物理现象，提出可探究的物理问题；能在他人帮助下采用控制变量的方法设计相关的探究方案，解决问题；
能通过向心力演示仪等器材获得证据；能分析归纳实验信息、形成与实验目的相关的结论，作出解释；能撰写比较完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格、分析过程及实验结论，能根据实验报告进行交流．
④科学态度与责任：通过对向心力大小影响因素的探究，认识到物理学研究依赖于实验器材的改进与创新；有主动将所学知识应用于日常生活的意识，能在合作中坚持自己的观点，也能尊重他人；能体会物理学的技术应用对日常生活的影响．
本章不仅要讨论曲线运动的规律，同时要用牛顿运动定律对有关曲线运动进行分析．本章是运动学和动力学知识在曲线运动中的具体应用，是所学运动学和动力学知识的拓展和延伸．
本章重点①描述圆周运动的物理量；②向心力与向心加速度；③生活中的圆周运动问题．
本章难点①向心力来源分析；②竖直平面内的圆周运动；③圆周运动中的临界问题；④生活中离心运动的分析．
1 圆周运动
学习目标 学法指导
1.知道圆周运动与匀速圆周运动的区别 2．知道线速度的物理意义、定义式，知道匀速圆周运动线速度的特点 3．知道角速度的物理意义、定义式及单位，了解转速和周期的意义 4．掌握线速度和角速度的关系，角速度与转速、周期的关系 1.通过实例，初步认识圆周运动
2．通过对比分析并进行讨论，理解几个描述匀速圆周运动快慢的物理量及其关系
3．通过研究匀速圆周运动，拓展对运动多样性的认识
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．线速度
(1)定义：物体做圆周运动通过的________与所用________的比值，v＝______________.
(2)意义：描述做圆周运动的物体________的快慢．
(3)方向：物体做圆周运动时该点的__________方向．
线速度
弧长
时间
运动
切线
2．匀速圆周运动
(1)定义：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小____________.
(2)性质：线速度的方向是时刻________的，所以是一种________运动．
处处相等
改变
变速
【答案】不是，速度方向不断变化．Δs表示通过的弧长，不是位移．但当Δt→0时，Δs等于物体在Δt内的位移Δl的大小．
1．角速度
(1)定义：做圆周运动的物体，半径转过的________与所用________的比值．
(2)定义式：ω＝____________.
(3)单位：____________，符号为________.
(4)物理意义：描述做圆周运动的物体绕圆心______快慢的物理量．
角速度、周期和转速
角度
时间
弧度每秒
rad/s
转动
2．周期
做匀速圆周运动的物体，运动________所用的时间，用T表示，单位是________.
3．转速
物体转动的________与所用时间之比，常用符号n表示．单位为转每秒(r/s)或转每分(r/min)．
一周
s
圈数
(多选)下列关于匀速圆周运动的说法正确的是( )
A．匀速圆周运动是匀速运动
B．匀速圆周运动是变速运动
C．匀速圆周运动的线速度不变
D．匀速圆周运动的角速度不变
【答案】BD
【解析】匀速圆周运动的线速度大小不变，方向时刻改变，故A、C错误，B正确；匀速圆周运动中角速度是不变的，故D正确．
线速度与角速度的关系
ωr
自行车大齿轮和小齿轮是链条传动，两齿轮转动的角速度是否相同？
【答案】不相同．因为线速度大小相同，但半径不同，故角速度不同.
多维课堂 | 素养初培
自然界中的运动有很多是圆周式的，如台风、水中的漩涡，又如行进的车轮、走动的时钟、正在运行中的风力发电扇叶等．那么，我们要如何去描述这些运动呢？
描述圆周运动物理量的理解
问题
(1)要描述指针或扇叶尖端运动的快慢，需要用什么物理量？
(2)要描述指针转动的快慢，可以用哪些物理量？
(3)试算一下时钟的时针、分针和秒针的角速度和周期之比是多少？
探究总结
1．线速度、角速度、周期、转速都是用来描述质点做圆周运动快慢的，但它们描述的角度不同．
(1)线速度v描述质点运动的快慢．
(2)角速度ω、周期T、转速n描述质点转动的快慢．
3.线速度与角速度的关系式v＝ωr
(1)公式中各量间的关系：
①当半径r一定时，线速度v与角速度ω成正比．
②当角速度ω一定时，线速度v与半径r成正比．
③当线速度v一定时，角速度ω与半径r成反比．
(2)各量之间的关系对应图像如图所示．
精练1 某品牌电动自行车的铭牌如下：
车型：20寸(车轮直径：508 mm) 电池规格：36 V,12 A·h(蓄电量)
整车质量：40 kg 额定转速：210 r/min
外形尺寸：L 800 mm×W 650 mm×H 100 mm 充电时间：2～8 h
电机：后轮驱动、直流永磁式电机 额定工作电压/电流：36 V/5 A
根据此铭牌中的有关数据，可知该车的额定时速约为 ( )
A．15 km/h B．18 km/h
C．20 km/h D．25 km/h
【答案】C
变式1 A、B分别是地球上的两个物体，A在北纬某城市，B在赤道上某地，如图所示．当它们随地球自转时，角速度分别是ωA、ωB，线速度大小分别是vA、vB.下列说法正确的是 ( )
A．ωA＝ωB，vAvB
C．ωA<ωB，vA＝vB D．ωA>ωB，vA【答案】A
图甲为磁带录音机的磁带盒，可简化为图乙所示的传动模型，A、B为缠绕磁带的两个轮子，两轮的半径均为r，在放音结束时，磁带全部绕到了B轮上，磁带的外缘半径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．思考以下问题．
常见的传动装置
问题
(1)开始倒带时，A轮和B轮的角速度是否相等？A轮上某点的线速度和B轮上某点的线速度是否相等？
(2)开始倒带到磁带全部绕到A轮上，磁带的速度怎样变化？B轮的角速度怎样变化？
【答案】(1)角速度不相等，线速度相等．
(2)都是逐渐增大．
探究总结
精练2 如图所示为一自行车的局部结构示意图，设连接脚踏板的连杆长为L1，由脚踏板带动半径为r1的大轮盘(牙盘)，通过链条与半径为r2的小轮盘(飞轮)连接，小轮盘带动半径为R的后轮转动，使自行车在水平路面上匀速前进．
(1)自行车牙盘的半径一般要大于飞轮的半径，想想看，这是为什么？
(2)设L1＝18 cm，r1＝12 cm，r2＝6 cm，R＝30 cm，为了维持自行车以v＝3 m/s的速度在水平路面上匀速行驶，请你计算一下每分钟要踩踏板几圈．
(3)若某种变速自行车有6个飞轮和3个牙盘，牙盘和飞轮的齿数如下表所示，若人骑该车行进的速度一定，选用哪种齿数的牙盘和飞轮，人踩脚踏板的角速度最小？为什么？
名称 牙盘 飞轮
齿数N/个 48 38 28 15 16 18 21 24 28
【答案】(1)见解析 (2)48圈 (3)见解析
【解析】(1)通过链条相连的牙盘和飞轮边缘的线速度相同，当牙盘的半径大于飞轮的半径时，由v＝ωr知，人踩脚踏板的角速度小于飞轮的角速度，从而能够提速快．
变式2 如图所示的皮带传动装置中， a、b、c分别为轮边缘上的三点．已知Ra∶Rb∶Rc＝1∶2∶3.假设在传动过程中皮带不打滑，则在传动过程中，b、c 的角速度之比为 ( )
A．3∶1 B．1∶3
C．2∶1 D．1∶2
【答案】D
传动问题是圆周运动部分的一种常见题型，在分析此类问题时，关键是要明确什么量相等，什么量不等，在通常情况下，应抓住以下两个关键点：
(1)绕同一轴转动的各点角速度ω、转速n和周期T相等，而各点的线速度v＝ωr与半径r成正比；
核心素养微专题
科学思维——圆周运动的多解问题
1.多解原因
圆周运动问题多解的原因一般是由圆周运动的周期性引起的．
2．问题特点
一般是一个圆周运动和一个直线运动(或其他运动)相结合的题目．
3．解题思路
先求解一个周期的情况，再根据圆周运动的周期性，将时间改为nT，或将转过的角度改为2nπ，n的取值视情况而定．
专练 如图所示，一位同学做飞镖游戏，已知圆盘的直径为d，飞镖距圆盘的距离为L，且对准圆盘上边缘的A点水平抛出，初速度为v0，飞镖抛出的同时，圆盘绕盘中心O的水平轴匀速运动，角速度为ω.若飞镖恰好击中A点，重力加速度为g，则下列关系正确的是 ( )
【答案】B
课堂小练 | 素养达成
1．如图所示，甲、乙两人分别站在赤道和纬度为45°的地面上，随地球一起自转则 ( )
A．甲的线速度大
B．乙的线速度大
C．甲的角速度大
D．乙的角速度大
【答案】A
【解析】甲、乙两人随地球一起自转，角速度相等，C、D错误；甲的转动半径大于乙的转动半径，故甲的线速度大，A正确，B错误．
2．一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＞nA
B．周期TB＞TA
C．线速度vB＞vA
D．角速度ωB＞ωA
【答案】C
【解析】在同一个轮子上的点转动的周期相同，因此角速度以及转速都相等，A、B、D错误；根据v＝rω可知，C正确．
3．(多选)如图所示，电风扇在闪光灯下运转，闪光灯每秒闪30次，风扇转轴O上装有3个扇叶，它们之间相互的夹角为120°，当风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，则风扇的转速可能是( )
A．600 r/min B．900 r/min
C．1 200 r/min D．3 000 r/min
【答案】ACD
【答案】C
课后 | 提升练习
第六章 圆周运动
1 圆周运动
①物理观念：会用线速度、角速度、周期描述圆周运动，知道向心加速度的内涵，能分析匀速圆周运动的向心力；能用向心力及向心加速度等解释生产生活中的离心现象及其产生的原因．具有与匀速圆周运动相关的运动与相互作用的观念．
②科学思维：能基于熟悉情境建构匀速圆周运动模型解决问题；能对常见的匀速圆周运动进行分析推理，获得结论；能用与匀速圆周运动相关的证据说明结论并作出解释；能从不同角度分析解决匀速圆周运动问题．
③科学探究：能完成“探究向心力大小与半径、角速度、质量的关系”等物理实验．能分析物理现象，提出可探究的物理问题；能在他人帮助下采用控制变量的方法设计相关的探究方案，解决问题；
能通过向心力演示仪等器材获得证据；能分析归纳实验信息、形成与实验目的相关的结论，作出解释；能撰写比较完整的实验报告，在报告中能呈现设计的实验步骤、实验表格、分析过程及实验结论，能根据实验报告进行交流．
④科学态度与责任：通过对向心力大小影响因素的探究，认识到物理学研究依赖于实验器材的改进与创新；有主动将所学知识应用于日常生活的意识，能在合作中坚持自己的观点，也能尊重他人；能体会物理学的技术应用对日常生活的影响．
本章不仅要讨论曲线运动的规律，同时要用牛顿运动定律对有关曲线运动进行分析．本章是运动学和动力学知识在曲线运动中的具体应用，是所学运动学和动力学知识的拓展和延伸．
本章重点①描述圆周运动的物理量；②向心力与向心加速度；③生活中的圆周运动问题．
本章难点①向心力来源分析；②竖直平面内的圆周运动；③圆周运动中的临界问题；④生活中离心运动的分析．
1 圆周运动
学习目标 学法指导
1.知道圆周运动与匀速圆周运动的区别 2．知道线速度的物理意义、定义式，知道匀速圆周运动线速度的特点 3．知道角速度的物理意义、定义式及单位，了解转速和周期的意义 4．掌握线速度和角速度的关系，角速度与转速、周期的关系 1.通过实例，初步认识圆周运动
2．通过对比分析并进行讨论，理解几个描述匀速圆周运动快慢的物理量及其关系
3．通过研究匀速圆周运动，拓展对运动多样性的认识
知识导图
预习导学 | 新知领悟
1．线速度
(1)定义：物体做圆周运动通过的________与所用________的比值，v＝______________.
(2)意义：描述做圆周运动的物体________的快慢．
(3)方向：物体做圆周运动时该点的__________方向．
线速度
弧长
时间
运动
切线
2．匀速圆周运动
(1)定义：物体沿着圆周运动，并且线速度的大小____________.
(2)性质：线速度的方向是时刻________的，所以是一种________运动．
处处相等
改变
变速
【答案】不是，速度方向不断变化．Δs表示通过的弧长，不是位移．但当Δt→0时，Δs等于物体在Δt内的位移Δl的大小．
1．角速度
(1)定义：做圆周运动的物体，半径转过的________与所用________的比值．
(2)定义式：ω＝____________.
(3)单位：____________，符号为________.
(4)物理意义：描述做圆周运动的物体绕圆心______快慢的物理量．
角速度、周期和转速
角度
时间
弧度每秒
rad/s
转动
2．周期
做匀速圆周运动的物体，运动________所用的时间，用T表示，单位是________.
3．转速
物体转动的________与所用时间之比，常用符号n表示．单位为转每秒(r/s)或转每分(r/min)．
一周
s
圈数
(多选)下列关于匀速圆周运动的说法正确的是( )
A．匀速圆周运动是匀速运动
B．匀速圆周运动是变速运动
C．匀速圆周运动的线速度不变
D．匀速圆周运动的角速度不变
【答案】BD
【解析】匀速圆周运动的线速度大小不变，方向时刻改变，故A、C错误，B正确；匀速圆周运动中角速度是不变的，故D正确．
线速度与角速度的关系
ωr
自行车大齿轮和小齿轮是链条传动，两齿轮转动的角速度是否相同？
【答案】不相同．因为线速度大小相同，但半径不同，故角速度不同.
多维课堂 | 素养初培
自然界中的运动有很多是圆周式的，如台风、水中的漩涡，又如行进的车轮、走动的时钟、正在运行中的风力发电扇叶等．那么，我们要如何去描述这些运动呢？
描述圆周运动物理量的理解
问题
(1)要描述指针或扇叶尖端运动的快慢，需要用什么物理量？
(2)要描述指针转动的快慢，可以用哪些物理量？
(3)试算一下时钟的时针、分针和秒针的角速度和周期之比是多少？
探究总结
1．线速度、角速度、周期、转速都是用来描述质点做圆周运动快慢的，但它们描述的角度不同．
(1)线速度v描述质点运动的快慢．
(2)角速度ω、周期T、转速n描述质点转动的快慢．
3.线速度与角速度的关系式v＝ωr
(1)公式中各量间的关系：
①当半径r一定时，线速度v与角速度ω成正比．
②当角速度ω一定时，线速度v与半径r成正比．
③当线速度v一定时，角速度ω与半径r成反比．
(2)各量之间的关系对应图像如图所示．
精练1 某品牌电动自行车的铭牌如下：
车型：20寸(车轮直径：508 mm) 电池规格：36 V,12 A·h(蓄电量)
整车质量：40 kg 额定转速：210 r/min
外形尺寸：L 800 mm×W 650 mm×H 100 mm 充电时间：2～8 h
电机：后轮驱动、直流永磁式电机 额定工作电压/电流：36 V/5 A
根据此铭牌中的有关数据，可知该车的额定时速约为 ( )
A．15 km/h B．18 km/h
C．20 km/h D．25 km/h
【答案】C
变式1 A、B分别是地球上的两个物体，A在北纬某城市，B在赤道上某地，如图所示．当它们随地球自转时，角速度分别是ωA、ωB，线速度大小分别是vA、vB.下列说法正确的是 ( )
A．ωA＝ωB，vA
C．ωA<ωB，vA＝vB D．ωA>ωB，vA
图甲为磁带录音机的磁带盒，可简化为图乙所示的传动模型，A、B为缠绕磁带的两个轮子，两轮的半径均为r，在放音结束时，磁带全部绕到了B轮上，磁带的外缘半径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．思考以下问题．
常见的传动装置
问题
(1)开始倒带时，A轮和B轮的角速度是否相等？A轮上某点的线速度和B轮上某点的线速度是否相等？
(2)开始倒带到磁带全部绕到A轮上，磁带的速度怎样变化？B轮的角速度怎样变化？
【答案】(1)角速度不相等，线速度相等．
(2)都是逐渐增大．
探究总结
精练2 如图所示为一自行车的局部结构示意图，设连接脚踏板的连杆长为L1，由脚踏板带动半径为r1的大轮盘(牙盘)，通过链条与半径为r2的小轮盘(飞轮)连接，小轮盘带动半径为R的后轮转动，使自行车在水平路面上匀速前进．
(1)自行车牙盘的半径一般要大于飞轮的半径，想想看，这是为什么？
(2)设L1＝18 cm，r1＝12 cm，r2＝6 cm，R＝30 cm，为了维持自行车以v＝3 m/s的速度在水平路面上匀速行驶，请你计算一下每分钟要踩踏板几圈．
(3)若某种变速自行车有6个飞轮和3个牙盘，牙盘和飞轮的齿数如下表所示，若人骑该车行进的速度一定，选用哪种齿数的牙盘和飞轮，人踩脚踏板的角速度最小？为什么？
名称 牙盘 飞轮
齿数N/个 48 38 28 15 16 18 21 24 28
【答案】(1)见解析 (2)48圈 (3)见解析
【解析】(1)通过链条相连的牙盘和飞轮边缘的线速度相同，当牙盘的半径大于飞轮的半径时，由v＝ωr知，人踩脚踏板的角速度小于飞轮的角速度，从而能够提速快．
变式2 如图所示的皮带传动装置中， a、b、c分别为轮边缘上的三点．已知Ra∶Rb∶Rc＝1∶2∶3.假设在传动过程中皮带不打滑，则在传动过程中，b、c 的角速度之比为 ( )
A．3∶1 B．1∶3
C．2∶1 D．1∶2
【答案】D
传动问题是圆周运动部分的一种常见题型，在分析此类问题时，关键是要明确什么量相等，什么量不等，在通常情况下，应抓住以下两个关键点：
(1)绕同一轴转动的各点角速度ω、转速n和周期T相等，而各点的线速度v＝ωr与半径r成正比；
核心素养微专题
科学思维——圆周运动的多解问题
1.多解原因
圆周运动问题多解的原因一般是由圆周运动的周期性引起的．
2．问题特点
一般是一个圆周运动和一个直线运动(或其他运动)相结合的题目．
3．解题思路
先求解一个周期的情况，再根据圆周运动的周期性，将时间改为nT，或将转过的角度改为2nπ，n的取值视情况而定．
专练 如图所示，一位同学做飞镖游戏，已知圆盘的直径为d，飞镖距圆盘的距离为L，且对准圆盘上边缘的A点水平抛出，初速度为v0，飞镖抛出的同时，圆盘绕盘中心O的水平轴匀速运动，角速度为ω.若飞镖恰好击中A点，重力加速度为g，则下列关系正确的是 ( )
【答案】B
课堂小练 | 素养达成
1．如图所示，甲、乙两人分别站在赤道和纬度为45°的地面上，随地球一起自转则 ( )
A．甲的线速度大
B．乙的线速度大
C．甲的角速度大
D．乙的角速度大
【答案】A
【解析】甲、乙两人随地球一起自转，角速度相等，C、D错误；甲的转动半径大于乙的转动半径，故甲的线速度大，A正确，B错误．
2．一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＞nA
B．周期TB＞TA
C．线速度vB＞vA
D．角速度ωB＞ωA
【答案】C
【解析】在同一个轮子上的点转动的周期相同，因此角速度以及转速都相等，A、B、D错误；根据v＝rω可知，C正确．
3．(多选)如图所示，电风扇在闪光灯下运转，闪光灯每秒闪30次，风扇转轴O上装有3个扇叶，它们之间相互的夹角为120°，当风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，则风扇的转速可能是( )
A．600 r/min B．900 r/min
C．1 200 r/min D．3 000 r/min
【答案】ACD
【答案】C
课后 | 提升练习