中小学教育资源及组卷应用平台
第十讲 匀速圆周运动
1.描述圆周运动的物理量:
⑴线速度:
① 定义:质点沿圆周运动通过的____与所用____ 的比值叫做线速度.
② 物理意义:描述质点沿圆周运动的
③ 大小:v=_______ 单位:
④ 方向:质点在某点的线速度方向沿圆周上该点的 方向.
⑵角速度:
① 定义:在圆周运动中,连接质点与圆心的半径转过的 与所用 的比值,叫做质点运动的角度.
② 物理意义:描述质点绕圆心转动的 ③ 大小:ω= 单位:
⑶周期T,频率f和转速n
做圆周运动的物体运动一周所用的 叫做周期,用T表示,单位为
做圆周运动的物体在单位时间内沿圆周绕圆心转过的 叫做转速,用n表示,单位为 或 .转速又叫_______
2.匀速圆周运动
⑴定义:物体沿着圆周运动,并且线速度_____保持不变 的运动.
⑵特点:线速度的大小,角速度、周期和频率都是 的.
⑶性质:匀速圆周运动是 曲线运动.
3.描述圆周运动的各物理量之间的关系
⑴ 线速度与角速度的关系 线速度与周期的关系
⑵ 角速度、周期、频率、转速之间的关系
常见题型一:描述圆周运动的物理量
例题1:如图所示,甲、乙两人分别站在赤道和纬度为45°的地面上,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
例题2:如图所示,通过张紧的皮带传动的两个轮子的边缘分别有一质点A和B,则质点A和B的( )
A.周期相等 B.线速度大小相等
C.角速度大小相等 D.加速度大小相等
跟踪训练1:甲、乙两个物体,甲放在广州,乙放在北京,它们随着地球一起绕地轴转动,下列说法正确的是( )
A.它们的周期相等,甲的角速度较大
B.乙的角速度较小,甲的线速度较大
C.它们的角速度和线速度均相等
D.它们的角速度相等,乙的线速度较小
跟踪训练2:自行车的传动机构如图所示。已知大齿轮、小齿轮、后轮的半径分別为r1、r2、r3.假定脚踏板匀速转动,周期为T,则自行车前进的速度大小是( )
A. B. C. D.
4.向心加速度:做匀速圆周运动的物体,加速度方向指向圆心,这个加速度叫向心加速度,大小:a向= = = = ·
单位: 方向: .
常见题型二:向心加速度
例题1:关于物体做匀速圆周运动的向心加速度,下列说法中正确的是( )
A.匀速圆周运动中的向心加速度恒定不变
B.向心加速度是描述线速度方向变化快慢的物理量
C.由a=可知,线速度越大的物体,其向心加速度也越大
D.由α=ω2r可知,角速度越大的物体,其向心加速度也越大
例题2:如图所示为一皮带传动装置,右轮半径为r,a点在它的边缘上.左轮半径为2r,b点在它的边缘上.若在传动过程中,皮带不打滑,则a点与b点( )
A.线速度大小之比为 2:1 B.角速度大小之比为2:1
C.向心加速度大小之比为4:1 D.周期之比为1:1
跟踪训练1:关于匀速圆周运动的向心加速度,下列说法正确的是( )
A.由于a=,所以线速度大的物体的向心加速度大
B.由于a=,所以旋转半径大的物体的向心加速度小
C.由于a═ω2r,所以角速度大的物体的向心加速度大
D.以上结论都不正确
跟踪训练2:甲、乙两个物体都做匀速圆周运动,转动半径之比为9:4,在相同的时间里甲转过60圈时,乙转过45圈,则它们所受的向心加速度之比为( )
A.1:4 B.4:1 C.4:9 D.9:4
5.向心力:做匀速圆周运动的物体具有向心加速度,根据牛顿第二定律,这个加速度一定是由于它受到了指向圆心的合力.这个合力叫做向心力.
方向:与线速度的方向垂直.
大小:F向= = = = ·
向心力的作用:只改变速度的方向,不改变速度的大小.
向心力是效果力.在对物体进行受力分析时,不能认为物体多受了个向心力物体受到的某一个力或某一个力的分力或某几个力的合力.
常见题型三:向心力
例题1: 2018年2月22日,平昌冬奥会上武大靖以39.584s的成绩夺得500米短道速滑冠军。图示是他在水平弯道上滑行的情景,关于他在弯道上的受力,下列说法正确的是( )
A.受到的合力为零
B.所需的向心力是由静摩擦力提供的
C.受到的重力与支持力是一对相互作用力
D.受重力、支持力、摩擦力、向心力
例题2:如图所示,一辆质量为500kg的汽车静止在一座半径为50m的圆弧形拱桥顶部。(取g=10m/s2)
(1)此时汽车对圆弧形拱桥的压力是多大?
(2)如果汽车以6m/s的速度经过拱桥的顶部,则汽车对圆弧形拱桥的压力是多大?
(3)汽车以多大速度通过拱桥的顶部时,汽车对圆弧形拱桥的压力恰好为零?
跟踪训练1:如图,小物块m与圆盘保持相对静止,随盘一起做匀速圆周运动,下列关于小物块受力情况说法中错误的是( )
A.受重力、支持力、摩擦力的作用
B.摩擦力的方向始终指向圆心 O
C.摩擦力的大小跟圆盘转动的角速度成正比
D.合力提供了小物块做匀速圆周运动的向心力
跟踪训练2:现在有一种叫做“魔盘”的娱乐设施(如图),“魔盘”转动很慢时,盘上的人都可以随盘一起转动而不至于被甩开.当盘的转速逐渐增大时,盘上的人便逐渐向边缘滑去,离转动中心越远的人,这种滑动的趋势越厉害.设“魔盘”转动的角速度为w=0.6 rad/s,一个质量为30 kg的小孩坐在距离轴心1 m处(盘半径大于1 m)随盘一起转动(没有滑动).求:
(1)小孩转动的线速度为多大?
(2)小孩受到的向心力有多大? 这个向心力是由什么力提供的?
6生活中的圆周运动
a.火车转弯时外轨略 于内轨(填高或低),使得火车所受 与 的合力提供向心力,此时火车的速度称之为安全速度(V0).
(1)当V=V0时,内外轨均不受侧向挤压的力
(2)当V>V0时,外轨受到侧向挤压的力;
(3)当V<V0时,内轨受到侧向挤压的力.
b.汽车过拱形桥时所需的向心力由汽车所受的重力和桥面对汽车的支持力提供.
根据向心力公式,有:mg—FN=m.由此解出桥对车的支持力FN=rng—m
汽车对桥的压力FN,与桥对汽车的支持力FN是一对相互作用力,大小相等,
所以压力的大小为:FN,=FN=mg—m 可见,随着汽车速度的增大,汽车对桥的压力将变小.当汽车的速度,V= 时,汽车对桥的压力将变为零.
c.航天器中的失重现象:航天器中的宇航员的向心力由引力提供,宇航员具有指向地心的加速度,对座椅没有压力,处于失重状态.这里应该准确地理解失重和超重的概念,并不是重力消失了,而是对接触物的压力为
d.离心运动:做匀速圆周运动的物体,在所受合外力突然消失或者不足以提供所需的向心力的情况下,就做逐渐远离圆心的运动,这种运动叫做离心运动.
e.汽车转弯所需的向心力往往由 提供,若汽车转弯时速度过大,所需向心力超过轮胎与路面的最大静摩擦力,汽车将会做 运动.
常见题型四:生活中的圆周运动
例题1:下列现象中属于防止离心现象带来危害的是( )
A.为使火车安全通过弯道,修建铁路时常把外轨道修得比内轨道高一些
B.汽车在过弯道时,有时不用减速也能安全通过
C.脱水桶转动时可以将湿衣服上的水甩去
D.公共汽车急刹车时,乘客都向前倾倒
例题2:如图所示,光滑水平面上,质量为m的小球在拉力F作用下做匀速圆周运动.若小球运动到P点时,拉力F发生变化,下列关于小球运动情况的说法中正确的是( )
A.若拉力突然消失,小球将沿轨迹Pa做离心运动
B.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pa做离心运动
C.若拉力突然变大,小球将沿轨迹Pb做离心运动
D.若拉力突然变小,小球将沿轨迹Pc做向心运动
跟踪训练1:如图所示,洗衣机的脱水桶把湿衣服甩干利用了( )
A.自由落体运动 B.离心运动
C.平抛运动 D.匀速直线运动
跟踪训练2:洗衣机的甩干筒在旋转时有衣服附在筒壁上,则此时( )
A.衣服受重力,筒壁的弹力和摩擦力及离心力作用
B.衣服随筒壁做圆周运动的向心力由筒壁的弹力提供
C.筒壁对衣服的摩擦力随转速的增大而增大
D.筒壁对衣服的弹力随着衣服含水量的减少而减少
巩固练习
1.对于做匀速圆周运动的物体,下面哪些说法是错误的( )
A.线速度不变 B.线速度的大小不变
C.角速度不变 D.周期不变
2.有一辆运输西瓜的汽车,以速率v经过一座半径为R的拱形桥的底端,其中间有一个质量为m的西瓜受到周围的西瓜对它的作用力的合力大小为( )
A.mg B. C.mg﹣ D.mg+
3.如图所示,旋转雨伞时,水珠会从伞的边缘沿切线方向飞出,这属于( )
A.扩散现象 B.超重现象 C.离心现象 D.蒸发现象
4.如图所示的是便携式磁带放音机基本运动结构示意图.在正常播放音乐时,保持不变的是( )
A.磁带盘边缘的线速度大小
B.磁带盘的角速度
C.磁带盘的转速
D.磁带盘的周期
5.地球在自转的过程中,站在赤道上的人A和站在北纬45°位置的人B一起随地球转动,A和B随地球转动的角速度之比为 ,线速度之比为 .
6.如图所示,半径R=0.9m的光滑的半圆轨道固定在竖直平面内,直径AC竖直,下端A与光滑的水平轨道相切.一小球沿水平轨道进入竖直圆轨道,通过最高点C时对轨道的压力为其重力的3倍.不计空气阻力,g取10m/s2.求:
(1)小球在A点的速度大小;
(2)小球的落地点到A点的距离.
课堂作业
一.选择题(共4小题)
1.关于匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.由于,所以线速度大的物体的向心加速度大
B.匀速圆周运动中物体的周期保持不变
C.匀速圆周运动中物体的速度保持不变
D.匀速圆周运动中物体的向心加速度保持不变
2.如图所示,质量相等的甲、乙两个小球,在光滑玻璃漏斗内壁做水平面内的匀速圆周运动,甲在乙的上方.则它们运动的( )
A.向心力F甲>F 乙 B.线速度υ甲>υ乙
C.角速度ω甲>ω乙 D.向心加速度a甲>a乙
3.关于离心运动,下列说法中正确的是( )
A.物体做离心运动时将沿半径方向向外,远离圆心
B.洗衣机脱水时利用衣服做离心运动将衣服甩干
C.在水平公路上转弯的汽车速度过大,会因做离心运动而造成事故
D.物体做离心运动的原因,是物体受到的合外力大于所需的向心力
4.甲、乙做匀速圆周运动的物体,它们的半径之比为3:1,周期之比是1:2,则( )
A.甲与乙的线速度之比为1:3
B.甲与乙的线速度之比为6:1
C.甲与乙的角速度之比为6:1
D.甲与乙的角速度之比为1:2
二.填空题(共1小题)
6. 1849年,法国科学家斐索用如图所示的方法在地面上测出了光的速度.他采用的方法是:让光束从高速旋转的齿轮的齿缝正中央穿过,经镜面反射回来,调节齿轮的转速,使反射光束恰好通过相邻的另一个齿缝的正中央,由此可测出光的传播速度.若齿轮每秒转动n周,齿轮半径为r,齿数为P,齿轮与镜子间距离为d,则齿轮的转动周期为 ,每转动一齿的时间为 ,斐索测定光速c的表达式为c= .
三.计算题(共1小题)
5.(1)为了清理堵塞河道的冰凌,空军实施投弹爆破,飞机在河道上空高H处以速度v0水平匀速发行,投掷下炸弹并击中目标,求炸弹脱离飞机到击中目标所飞行的水平距离及击中目标时的速度大小.(不计空气阻力)
(2)如图所示,一个竖直放置的圆锥筒可绕其中心轴OO′转动,同内壁粗糙,筒口半径和筒高分别为R和H,筒内壁A点的高度为筒高的一半,内壁上有一质量为m的小物块,求:
①当筒不转动时,物块静止在筒壁A点受到的摩擦力和支持力的大小;
②当物块在A点随筒做匀速转动,且其所受到的摩擦力为零时,筒转动的角速度.
参考答案
常见题型一
例题1:A
例题2:B
跟踪训练1:D
跟踪训练2:A
常见题型二
例题1:B
例题2:B
跟踪训练1:D
跟踪训练2:B
常见题型三
例题1:B
例题2:(1)5000N(2)4640N(3)10m/s
跟踪训练1:D
跟踪训练2: (1)0.6 m/s(2)10.8N
常见题型四
例题1:A
例题2:A
跟踪训练1:B
跟踪训练2:D
巩固练习
ACCA 5. 1:1,:1 6. (1)8.5m/s(2)3.6m
课堂作业
选择题
BBCB
填空题
,,2nPd
三.计算题
5.(1)水平距离v0,速度
(2)①摩擦力支持力
②
21世纪教育网 www.21cnjy.com 精品试卷·第 2 页 (共 2 页)
21世纪教育网(www.21cnjy.com)