高中物理人教版必修二导学案 5-4 圆周运动 Word版含答案

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名称 高中物理人教版必修二导学案 5-4 圆周运动 Word版含答案
格式 zip
文件大小 782.5KB
资源类型 教案
版本资源 人教版(新课程标准)
科目 物理
更新时间 2020-05-07 11:41:10

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文档简介

4 圆周运动
知识体系
关键点击
1种运动——匀速圆周运动
2个速度——线速度、角速度
3类传动——同轴传动、皮带传动、齿轮传动
知识点一 线速度
(1)定义:物体做圆周运动通过的弧长与通过这段弧长所用时间的比值.
(2)定义式:v=.
(3)标、矢性:线速度是矢量,方向与圆弧相切,与半径垂直.
(4)匀速圆周运动
①定义:沿着圆周,并且线速度的大小处处相等的运动.
②性质:线速度的方向是时刻变化的,所以是一种变速运动.
知识点二 角速度
(1)定义:连接物体与圆心的半径转过的角度与转过这一角度所用时间的比值.
(2)定义式:ω=.
(3)单位:弧度每秒,符号是rad/s或rad·s-1.
(4)匀速圆周运动的角速度:匀速圆周运动是角速度不变的圆周运动.
(5)转速与周期
知识点三 线速度与角速度的关系
(1)两者关系:在圆周运动中,线速度的大小等于角速度大小与半径的乘积.
(2)关系式:v=ωr.
1.圆周运动线速度公式v=中的Δs表示位移.(  )
[答案] ×
2.做匀速圆周运动的物体相等时间内通过的弧长相等.(  )
[答案] √
3.做匀速圆周运动的物体相等时间内通过的位移相同.(  )
[答案] ×
4.匀速圆周运动是一种匀速运动.(  )
[答案] ×
5.做匀速圆周运动的物体,其合外力不为零.(  )
[答案] √
6.做匀速圆周运动的物体,其角速度不变.(  )
[答案] √
1.直线运动的速度公式是v=,圆周运动线速度的定义式是v=,这两个公式中的Δx和Δs的物理意义是否相同?若不同,请找出其不同之处.
[提示] 直线运动的速度公式v=和圆周运动线速度的定义式v=中的Δx和Δs的物理意义不相同,公式v=中的Δx表示Δt时间内的位移,是矢量,圆周运动线速度的定义式v=中的Δs表示Δt时间内质点通过的弧长,是标量,圆周运动线速度的定义式v=只定义了做圆周运动的物体沿圆周运动的快慢,并未定义运动的方向.
2.打篮球的同学可能玩过转篮球,让篮球在指尖旋转,展示自己的球技,如下图所示,若篮球正绕指尖所在的竖直轴旋转,那么篮球上不同高度的各点的角速度相同吗?线速度相同吗?
[提示] 篮球上各点的角速度是相同的.但由于不同高度的各点转动时的圆心、半径不同,由v=ωr可知不同高度的各点的线速度不同.
要点一 描述圆周运动的物理量间的关系
1.各物理量之间的关系
2.v、ω及r间的关系
(1)由v=ω·r知,r一定时,v∝ω;ω一定时,v∝r.v与ω、r间的关系如下图甲、乙所示.
(2)由ω=知,v一定时,ω∝,ω与r间的关系如下图甲、乙所示.
【典例】 (多选)质点做匀速圆周运动时,下列说法中正确的是(  )
A.因为v=ωr,所以线速度v与轨道半径r成正比
B.因为ω=,所以角速度ω与轨道半径r成反比
C.因为ω=2πn,所以角速度ω与转速n成正比
D.因为ω=,所以角速度ω与周期T成反比
[思路点拨] 匀速圆周运动中涉及的线速度、角速度、转速、周期以及轨道半径间的关系的成立是有条件的,要利用一个公式确定两个量间的关系,必须先确保一个量不变,再确定另外两个量间的正、反比关系.
[解析] 由v=ωr可知,只有当ω一定时,线速度v才与轨道半径r成正比,所以A错误.同理,只有v一定时,角速度ω才与轨道半径r成反比,所以B错误.在用转速或周期表示角速度时,角速度与转速成正比,与周期成反比,故C、D正确.
[答案] CD
(1(根据v=ωr,可以得出线速度v与角速度ω成正比,这种说法是错误的,原因是在r一定的情况下,v与ω才成正比,必须采用控制变量法才能得出结论.?
(2(转速在数值上等于频率,周期和转速都是描述物体做圆周运动快慢的物理量,二者之间的关系是n=(n的单位为s-1(.
[针对训练] 一质点做匀速圆周运动,其线速度大小为4 m/s,转动周期为2 s,则不正确的是(  )
A.角速度为0.5 rad/s
B.转速为0.5 r/s
C.运动轨迹的半径为1.27 m
D.频率为0.5 Hz
[解析] 由题意知v=4 m/s,T=2 s,根据角速度与周期的关系可知ω==π rad/s.由线速度与角速度的关系v=ωr得r== m≈1.27 m.由v=2πnr得转速n== r/s=0.5 r/s.又由频率与周期的关系得f==0.5 Hz.故A错误,符合题意.
[答案] A
易错警示(
注意区分角速度和转速,转速的单位是r/s,角速度的单位为rad/s,二者的关系为ω=2πn.
要点二 三种传动装置及其特点
三类传动装置对比
同轴传动
皮带传动
齿轮传动
装置
A、B两点在同轴的一个圆盘上
两个轮子用皮带连接,A、B两点分别是两个轮子边缘的点
两个齿轮轮齿啮合,A、B两点分别是两个齿轮边缘上的点
特点
角速度、周期相同
线速度大小相同
线速度大小相同
转动
方向
相同
相同
相反
规律
线速度与半径成正比:
=
角速度与半径成反比:=.周期与半径成正比:=
角速度与半径成反比:=.周期与半径成正比:=
【典例】 如图所示为皮带传动装置,皮带轮的圆心分别为O、O′,A、C为两轮边缘上的点,B为A、O连线上的一点,RB=RA,RC=RA,当皮带轮匀速转动时,皮带与皮带轮之间不打滑,求A、B、C三点的角速度之比、线速度之比、周期之比.
[思路点拨] 通过点A把B和C联系在一起.A、B两点
在同一皮带轮上,是同轴传动,角速度相等;A、C两点在皮带连接的两轮边缘上,是皮带传动,线速度大小相等.
[解析] 由题可知,A、B两点在同一皮带轮上,因此ωA=ωB;又知A、C为两轮边缘上的点,皮带不打滑,所以vA=vC,可得ωC===ωA,所以ωA∶ωB∶ωC=ωA∶ωA∶ωA=2∶2∶3.
又vB=RBωB=RAωA=,所以vA∶vB∶vC=vA∶vA∶vA=2∶1∶2.
TA∶TB∶TC=∶∶=∶∶=3∶3∶2.
[答案] 2∶2∶3 2∶1∶2 3∶3∶2
求解传动问题的思路
(1)分清传动特点:若属于皮带传动或齿轮传动,则轮子边缘各点线速度大小相等;若属于同轴传动,则轮上各点的角速度相等.
(2)确定半径关系:根据装置中各点位置确定半径关系,或根据题意确定半径关系.
(3)择式分析:若线速度大小相等,则根据ω∝分析,若角速度大小相等,则根据v∝r分析.
[针对训练] 如图所示,甲、乙、丙三个齿轮的半径分别为r1、r2、r3.若甲齿轮的角速度为ω1,则丙齿轮的角速度为(  )
A. B.
C. D.
[解析] 由r1ω1=r2ω2=r3ω3知,ω3=,A正确.
[答案] A
易错警示
1.在处理传动装置中各物理量间的关系时,关键是确定其相同的量.
2.皮带传动中,两个轮子的转动方向也可能相反.
1.(匀速圆周运动)下列关于匀速圆周运动的说法中,正确的是(  )
A.是线速度不变的运动
B.是角速度不变的运动
C.是角速度不断变化的运动
D.是相对圆心位移不变的运动
[解析] 匀速圆周运动,角速度保持不变,线速度大小保持不变,方向时刻变化,A、C错误,B正确;相对圆心的位移大小不变,方向时刻变化,D错误.
[答案] B
2.(描述圆周运动的物理量间的关系)关于做匀速圆周运动的物体,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.若物体在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,则线速度大小为v=
[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,A错误;角速度ω== rad/s= rad/s,B错误;线速度与角速度的关系为v=ωr,由该式可知,r一定时,v与ω成正比,C错误;由线速度的定义可得v=,D正确.
[答案] D
3.(同轴传动问题)如图所示的是一个玩具陀螺.a、b和c是陀螺上的三个点.当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度ω稳定旋转时,下列表述正确的是(  )
A.a、b和c三点的线速度大小相等
B.a、b和c三点的角速度相等
C.a、b的角速度比c的大
D.c的线速度比a、b的大
[解析] a、b、c三点为共轴转动,故角速度相等,B正确,C错误;又由题图知,三点的转动半径ra=rb>rc,根据v=ωr知,va=vb>vc,故A、D错误.
[答案] B
4.(多选)(皮带传动问题)如下图所示为某一皮带传动装置,主动轮的半径为r1,从动轮的半径为r2.已知主动轮做顺时针转动,转速为n,转动过程中皮带不打滑.下列说法正确的是(  )
A.从动轮做顺时针转动 B.从动轮做逆时针转动
C.从动轮的转速为n D.从动轮的转速为n
[解析] 由于皮带是交叉传动,所以主动轮做顺时针转动时,从动轮做逆时针转动,选项A错误,B正确;皮带轮边缘上各点的线速度大小相等,又v1=ω1r1=2nπr1,v2=ω2r2=2n′πr2,则由v1=v2得n′=n,选项C正确,D错误.
[答案] BC
思想方法之——解决圆周运动多解问题的方法
分析圆周运动问题时,要注意对由圆周运动周期性引起的多解问题的处理.经Δt=nT(T为周期),做圆周运动物体的线速度是相同的.要明确物体运动中的确定的线速度,可能对应无数个时刻.
【典例】 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,圆盘绕垂直圆盘过盘心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(  )
A.dv=L2g
B.ωL=π(1+2n)v0(n=0,1,2,3,…)
C.v0=ω
D.dω2=gπ2(1+2n)2(n=0,1,2,3,…)
[解析] 依题意可知,飞镖做平抛运动的同时,圆盘上A点做匀速圆周运动,恰好击中A点,考虑飞镖在竖直方向上有加速度,说明A正好在最低点被击中,则A点转动的时间t=(n=0,1,2,3,…),平抛的时间t=,则有=(n=0,1,2,3,…),B正确,C错误;平抛的竖直位移为d,则d=gt2,联立有dω2=gπ2(2n+1)2(n=0,1,2,3,…),A、D错误.
[答案] B
解决圆周运动多解问题的方法
(1)明确两个物体参与运动的性质和求解的问题.两个运动虽然独立进行,但一定有联系点,其联系点一般是时间或位移,寻求联系点是解题的突破点.
(2)注意圆周运动的周期性造成的多解.分析时可暂时不考虑周期性,表示出一个周期的情况,再根据圆周运动的周期性,在转过的角度上再加上2nπ,具体n的取值应视情况而定.
[针对训练] 如图所示,在同一竖直平面内有A、B两物体,A物体从a点起以角速度ω沿顺时针方向做半径为R的匀速圆周运动,同时B物体从圆心O自由下落,要使A、B两物体在d点相遇,求角速度ω必须满足的条件.
[解析] B物体从圆心O到d点的运动是自由落体运动,B物体从O到d所用的时间t1满足R=gt,所以t1=.A物体做匀速圆周运动,从a运动到d转过的角度应满足θ=2nπ+π(n=0,1,2,…),所用时间t2==(n=0,1,2…).由t1=t2可得 =(n=0,1,2,…).
解得ω=(n=0,1,2,…).
[答案] (n=0,1,2,…)