高中物理第二章圆周运动1描述圆周运动课件 60张PPT
文档属性
| 名称 | 高中物理第二章圆周运动1描述圆周运动课件 60张PPT |  | |
| 格式 | zip | ||
| 文件大小 | 1.9MB | ||
| 资源类型 | 教案 | ||
| 版本资源 | 教科版 | ||
| 科目 | 物理 | ||
| 更新时间 | 2020-06-25 15:36:22 | ||
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文档简介
(共60张PPT)
第二章 圆周运动
1.描述圆周运动
一、匀速圆周运动的线速度、角速度和周期
1.匀速圆周运动:
(1)在任意相等的时间内通过的_________都相等的圆
周运动。
(2)特点:线速度的_____不变,_____时刻改变。
圆弧长度
大小
方向
2.线速度:
(1)物理意义:描述匀速圆周运动的快慢。
(2)定义:做匀速圆周运动的质点通过的________与
____________的比值。
(3)方向:沿圆周运动轨迹的_________。
弧长Δs
所用时间Δt
切线方向
(4)计算公式:______,国际单位:____。
(5)线速度是矢量,由于质点做匀速圆周运动时的线速
度_____不断变化,所以匀速圆周运动是一种_____运动。
m/s
方向
变速
3.角速度:
(1)物理意义:描述匀速圆周运动的快慢。
(2)定义:做匀速圆周运动的质点,连接质点和圆心的半
径转过_________跟所用________的比值。
角度Δφ
时间Δt
(3)计算公式:______。国际单位是_________,符号
______。
(4)匀速圆周运动是_______不变的圆周运动。
弧度每秒
rad/s
角速度
4.周期:
(1)物理意义:描述匀速圆周运动的快慢。
(2)定义:做匀速圆周运动的物体运动_____所用的时间,
用符号T表示。
(3)周期性:做匀速圆周运动的物体经过一个周期T后,
会重新回到原来的位置及_________。
一周
运动方向
二、线速度、角速度和周期之间的关系
1.线速度和周期的关系:v=_____。
2.角速度和周期的关系:ω=
。
3.线速度和角速度的关系:v=____。
4.角速度与转速的关系:ω=_____。
rω
2πn
一 描述圆周运动的物理量及其关系
任务1
匀速圆周运动的特点
【思考·讨论】
随着人们生活水平的提高,同学们的假期生活越来越丰富,逛游乐园成为一种不错的消遣活动。游乐园中的摩天轮、过山车都或多或少的包含圆周运动。怎样比较它们运动的快慢?
(科学思维)
提示:单位时间走过的路程多的,线速度大。单位时间内转过的弧度多的,角速度大。
【典例示范1】
关于匀速圆周运动,下列说法中正确的是( )
A.线速度的方向保持不变
B.线速度的大小保持不变
C.角速度不断变化
D.线速度和角速度都保持不变
【解析】选B。匀速圆周运动的线速度大小不变,方向时刻改变。故A、D错误,B正确;匀速圆周运动的角速度不变,故C错误。
任务2
描述圆周运动的物理量的关系
1.描述圆周运动的各物理量之间的关系:
2.描述圆周运动的各物理量之间的关系:
(1)角速度、周期、转速之间关系的理解:物体做匀速
圆周运动时,由ω=
=2πn知,角速度、周期、转速三
个物理量,只要其中一个物理量确定了,其余两个物理
量也唯一确定了。
(2)线速度与角速度之间关系的理解:由v=ω·r知,r一
定时,v
∝ω;v一定时,ω
∝
;ω一定时,v
∝r。
【典例示范2】下列关于甲、乙两个做匀速圆周运动的
物体的有关说法中正确的是
( )
A.
若它们的线速度相等,则角速度一定相等
B.
若它们的角速度相等,则线速度一定相等
C.
若它们的周期相等,则角速度一定相等
D.
若它们的周期相等,则线速度一定相等
【解析】选C。根据v=ωr知,线速度相等,角速度不一
定相等,还与半径有关,角速度相等,线速度不一定相等,
还与半径有关,故A、B错误。若周期相等,根据ω=
,
知角速度相等,故C正确。周期相等,根据v=
,知线速
度大小不一定相等,还与半径有关,故D错误。所以选
C。
【定向训练】
1.(多选)关于匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.匀速圆周运动是变速运动
B.匀速圆周运动的速率不变
C.任意相等时间内通过的位移相等
D.任意相等时间内通过的路程相等
【解析】选A、B、D。由线速度定义知,匀速圆周运动的速度大小不变,也就是速率不变,但速度方向时刻改变,故A、B正确;做匀速圆周运动的物体在任意相等时间内通过的弧长即路程相等,而位移不一定相等,故C错误,D正确。
2.(多选)(2018·江苏高考)火车以60
m/s的速率转过一段弯道,某乘客发现放在桌面上的指南针在10
s内匀速转过了约10°。在此10
s时间内,火车
( )
A.运动路程为600
m
B.加速度为零
C.角速度约为1
rad/s
D.转弯半径约为3.4
km
【解析】选A、D。在此10
s时间内,火车运动路程为
60
m/s×10
s=600
m,选项A正确;曲线运动加速度不可
能为零,选项B错误;角速度ω=
=1°/s=
rad/s,
选项C错误;转弯半径r=
=3
439
m≈3.4
km,选项D正
确。
3.如图为一种早期的自行车,这种自行车前轮的直径很大,这样的设计在当时主要是为了
( )
A.提高速度
B.提高稳定性
C.骑行方便
D.减小阻力
【解析】选A。人蹬自行车时,蹬车的转速有限,车轮的角速度有限,而由v=ωr知,在角速度一定时,半径越大,线速度越大,自行车前进得就越快。故选项A正确。
【补偿训练】
(多选)一般转动机械上都标有“×××r/min”,该数值是转动机械正常工作时的转速,不同的转动机械上标有的转速一般是不同的。下列有关转速的说法正确的是( )
A.转速越大,说明该转动机械正常工作时的线速度一定越大
B.转速越大,说明该转动机械正常工作时的角速度一定越大
C.转速越大,说明该转动机械正常工作时的周期一定越大
D.转速越大,说明该转动机械正常工作时的周期一定越小
【解析】选B、D。根据v=2πrn可知A错;根据ω=2πn
可知B对;根据n=
可知C错、D对。
二 三种传动装置及其特点
任务1
同轴传动
同轴传动:同轴的圆盘上各点
图 示
相同
量
角速度:ωA=ωB
周期:TA=TB
不同
量
线速度:
【思考·讨论】
随着人们生活水平的提高,人们越来越重视健康的生活方式,变速车广受年轻人喜爱。变速车的大齿轮、小齿轮、后轮是相互关联的三个转动部分。如果以车架为参考系,行驶时,这三个轮子上各点在做圆周运动。
哪些点转得更快些?(模型建构)
提示:大齿轮和小齿轮边缘的线速度相等,小于后轮边缘的线速度。小齿轮和后轮的角速度相等,大于大齿轮的角速度。
【典例示范1】在地球上,赤道附近的物体A和北京附近的物体B①,随地球的自转而做匀速圆周运动②。可以判断
(
)
A.物体A的线速度的大小等于物体B的线速度的大小
B.物体A的线速度的大小小于物体B的线速度的大小
C.物体A的角速度大于物体B的角速度
D.物体A的周期等于物体B的周期
【审题关键】
序号
信息提取
①
赤道附近的物体A的转动半径比北京附近的物体B的转动半径大
②
A、B同轴转动,角速度相等
【解析】选D。A与B均绕地轴做匀速圆周运动,周期均
为一天,A的转动半径较大,可根据角速度定义式ω=
和线速度与角速度关系公式v=ωr判断A、B、C错误,D
正确。
任务2
皮带传动和齿轮传动
1.皮带传动:
2.齿轮传动:
【典例示范2】如图所示为一皮带传动装置①,右轮的半径为r,a是它的边缘上的一点,左侧是一轮轴,大轮的半径为4r,小轮的半径为2r,b点在小轮上,到小轮中心距离为r②,c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上,若在传动过程中,皮带不打滑③,则
(
)
A.a点与b点线速度大小相等
B.a点与c点角速度大小相等
C.a、b、c、d四点,线速度最大的是a点
D.a、b、c、d四点,角速度最大的是a点
【审题关键】
序号
信息提取
①
皮带传动,边缘线速度大小相等
②
b、c、d同轴传动,角速度相等
③
a、c线速度大小相等
【解析】选D。皮带传动边缘点线速度相等,同轴传动
角速度相等,同时结合公式v=ωr列式分析即可。①b、
c、d三点是同轴传动,角速度相等,即ωb=ωc=ωd;由于
rd>rc>rb,故vd>vc>vb;②a、c点同缘传动,边缘点线速度
相等,故va=vc;由于rc>ra,根据v=rω,有:ωc<ωa;故
vd>va=vc>vb,ωb=ωc=ωd<ωa;故A、B、C均错误,D正确。
【定向训练】
1.如图所示是一个玩具陀螺。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】选B。a、b和c均是同一陀螺上的点,它们做圆周运动的角速度都是陀螺旋转的角速度ω,B对,C错;三点的运动半径关系ra=rb>rc,据v=ωr可知,三点的线速度关系va=vb>vc,A、D错。
2.如图所示为皮带传动装置,皮带轮为O、O′,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、线速度大小之
比、周期之比。
【解析】由题意可知,A、B两点在同一皮带轮上,因此
ωA=ωB,又皮带不打滑,所以vA=vC,故可得
ωC=
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
【补偿训练】
(多选)如图所示,一个匀速转动的半径为r的水平圆盘
上放着两个木块M和N,木块M放在圆盘的边缘处,木块N
放在离圆心
r的地方,它们都随圆盘一起运动。比较
两木块的线速度和角速度,下列说法中正确的是( )
A.两木块的线速度相等
B.两木块的角速度相等
C.M的线速度是N的线速度的3倍
D.M的角速度是N的角速度的3倍
【解析】选B、C。由传动装置特点知,M、N两木块有相
同的角速度,又由v=ωr知,因rN=
r,rM=r,故木块M的
线速度是木块N线速度的3倍,选项B、C正确。
【拓展例题】考查内容:圆周运动的错觉
【典例】如图所示,当屏幕上出现一辆汽车匀速奔跑的
情况时,观众如果注意车辆的辐条,往往会产生奇怪的
感觉。设车轮上有八根对称分布的完全相同的辐条,
电视画面每隔
s更换一帧,则下列说法错误的是
( )
A.若在
s内,每根辐条恰好转过45°,则观众觉得车
轮是不动的
B.若在
s内,每根辐条恰好转过360°,则观众觉得车
轮是不动的
C.若在
s内,每根辐条恰好转过365°,则观众觉得车
轮是倒转的
D.若在
s内,每根辐条恰好转过355°,则观众觉得车
轮是倒转的
【解析】选C。若
s内辐条正好转过45°角,则辐条
转到与它相邻的那根辐条位置,因而这时若更换一帧,
则会使观众看到好像车轮不动一样,因为每根辐条相同,
观众区分不开辐条的变化;同理,在
s内,若辐条转
过360°,观众也会认为车轮不动,因而A、B正确。若
s内,辐条转过365°,则每根辐条在下一帧时出现
在它转动方向前5°的位置,因而这时观众会认为在这
s内,辐条向前转过5°,所以观众会觉得车轮向前
转动;若
s内,辐条转过355°时,则每根辐条在下一
帧时,出现在与它转动方向相反的原位置的后方5°处,
因此,观众会觉得车轮在倒转,所以C错误,D正确。
【课堂回眸】
第二章 圆周运动
1.描述圆周运动
一、匀速圆周运动的线速度、角速度和周期
1.匀速圆周运动:
(1)在任意相等的时间内通过的_________都相等的圆
周运动。
(2)特点:线速度的_____不变,_____时刻改变。
圆弧长度
大小
方向
2.线速度:
(1)物理意义:描述匀速圆周运动的快慢。
(2)定义:做匀速圆周运动的质点通过的________与
____________的比值。
(3)方向:沿圆周运动轨迹的_________。
弧长Δs
所用时间Δt
切线方向
(4)计算公式:______,国际单位:____。
(5)线速度是矢量,由于质点做匀速圆周运动时的线速
度_____不断变化,所以匀速圆周运动是一种_____运动。
m/s
方向
变速
3.角速度:
(1)物理意义:描述匀速圆周运动的快慢。
(2)定义:做匀速圆周运动的质点,连接质点和圆心的半
径转过_________跟所用________的比值。
角度Δφ
时间Δt
(3)计算公式:______。国际单位是_________,符号
______。
(4)匀速圆周运动是_______不变的圆周运动。
弧度每秒
rad/s
角速度
4.周期:
(1)物理意义:描述匀速圆周运动的快慢。
(2)定义:做匀速圆周运动的物体运动_____所用的时间,
用符号T表示。
(3)周期性:做匀速圆周运动的物体经过一个周期T后,
会重新回到原来的位置及_________。
一周
运动方向
二、线速度、角速度和周期之间的关系
1.线速度和周期的关系:v=_____。
2.角速度和周期的关系:ω=
。
3.线速度和角速度的关系:v=____。
4.角速度与转速的关系:ω=_____。
rω
2πn
一 描述圆周运动的物理量及其关系
任务1
匀速圆周运动的特点
【思考·讨论】
随着人们生活水平的提高,同学们的假期生活越来越丰富,逛游乐园成为一种不错的消遣活动。游乐园中的摩天轮、过山车都或多或少的包含圆周运动。怎样比较它们运动的快慢?
(科学思维)
提示:单位时间走过的路程多的,线速度大。单位时间内转过的弧度多的,角速度大。
【典例示范1】
关于匀速圆周运动,下列说法中正确的是( )
A.线速度的方向保持不变
B.线速度的大小保持不变
C.角速度不断变化
D.线速度和角速度都保持不变
【解析】选B。匀速圆周运动的线速度大小不变,方向时刻改变。故A、D错误,B正确;匀速圆周运动的角速度不变,故C错误。
任务2
描述圆周运动的物理量的关系
1.描述圆周运动的各物理量之间的关系:
2.描述圆周运动的各物理量之间的关系:
(1)角速度、周期、转速之间关系的理解:物体做匀速
圆周运动时,由ω=
=2πn知,角速度、周期、转速三
个物理量,只要其中一个物理量确定了,其余两个物理
量也唯一确定了。
(2)线速度与角速度之间关系的理解:由v=ω·r知,r一
定时,v
∝ω;v一定时,ω
∝
;ω一定时,v
∝r。
【典例示范2】下列关于甲、乙两个做匀速圆周运动的
物体的有关说法中正确的是
( )
A.
若它们的线速度相等,则角速度一定相等
B.
若它们的角速度相等,则线速度一定相等
C.
若它们的周期相等,则角速度一定相等
D.
若它们的周期相等,则线速度一定相等
【解析】选C。根据v=ωr知,线速度相等,角速度不一
定相等,还与半径有关,角速度相等,线速度不一定相等,
还与半径有关,故A、B错误。若周期相等,根据ω=
,
知角速度相等,故C正确。周期相等,根据v=
,知线速
度大小不一定相等,还与半径有关,故D错误。所以选
C。
【定向训练】
1.(多选)关于匀速圆周运动,下列说法正确的是( )
A.匀速圆周运动是变速运动
B.匀速圆周运动的速率不变
C.任意相等时间内通过的位移相等
D.任意相等时间内通过的路程相等
【解析】选A、B、D。由线速度定义知,匀速圆周运动的速度大小不变,也就是速率不变,但速度方向时刻改变,故A、B正确;做匀速圆周运动的物体在任意相等时间内通过的弧长即路程相等,而位移不一定相等,故C错误,D正确。
2.(多选)(2018·江苏高考)火车以60
m/s的速率转过一段弯道,某乘客发现放在桌面上的指南针在10
s内匀速转过了约10°。在此10
s时间内,火车
( )
A.运动路程为600
m
B.加速度为零
C.角速度约为1
rad/s
D.转弯半径约为3.4
km
【解析】选A、D。在此10
s时间内,火车运动路程为
60
m/s×10
s=600
m,选项A正确;曲线运动加速度不可
能为零,选项B错误;角速度ω=
=1°/s=
rad/s,
选项C错误;转弯半径r=
=3
439
m≈3.4
km,选项D正
确。
3.如图为一种早期的自行车,这种自行车前轮的直径很大,这样的设计在当时主要是为了
( )
A.提高速度
B.提高稳定性
C.骑行方便
D.减小阻力
【解析】选A。人蹬自行车时,蹬车的转速有限,车轮的角速度有限,而由v=ωr知,在角速度一定时,半径越大,线速度越大,自行车前进得就越快。故选项A正确。
【补偿训练】
(多选)一般转动机械上都标有“×××r/min”,该数值是转动机械正常工作时的转速,不同的转动机械上标有的转速一般是不同的。下列有关转速的说法正确的是( )
A.转速越大,说明该转动机械正常工作时的线速度一定越大
B.转速越大,说明该转动机械正常工作时的角速度一定越大
C.转速越大,说明该转动机械正常工作时的周期一定越大
D.转速越大,说明该转动机械正常工作时的周期一定越小
【解析】选B、D。根据v=2πrn可知A错;根据ω=2πn
可知B对;根据n=
可知C错、D对。
二 三种传动装置及其特点
任务1
同轴传动
同轴传动:同轴的圆盘上各点
图 示
相同
量
角速度:ωA=ωB
周期:TA=TB
不同
量
线速度:
【思考·讨论】
随着人们生活水平的提高,人们越来越重视健康的生活方式,变速车广受年轻人喜爱。变速车的大齿轮、小齿轮、后轮是相互关联的三个转动部分。如果以车架为参考系,行驶时,这三个轮子上各点在做圆周运动。
哪些点转得更快些?(模型建构)
提示:大齿轮和小齿轮边缘的线速度相等,小于后轮边缘的线速度。小齿轮和后轮的角速度相等,大于大齿轮的角速度。
【典例示范1】在地球上,赤道附近的物体A和北京附近的物体B①,随地球的自转而做匀速圆周运动②。可以判断
(
)
A.物体A的线速度的大小等于物体B的线速度的大小
B.物体A的线速度的大小小于物体B的线速度的大小
C.物体A的角速度大于物体B的角速度
D.物体A的周期等于物体B的周期
【审题关键】
序号
信息提取
①
赤道附近的物体A的转动半径比北京附近的物体B的转动半径大
②
A、B同轴转动,角速度相等
【解析】选D。A与B均绕地轴做匀速圆周运动,周期均
为一天,A的转动半径较大,可根据角速度定义式ω=
和线速度与角速度关系公式v=ωr判断A、B、C错误,D
正确。
任务2
皮带传动和齿轮传动
1.皮带传动:
2.齿轮传动:
【典例示范2】如图所示为一皮带传动装置①,右轮的半径为r,a是它的边缘上的一点,左侧是一轮轴,大轮的半径为4r,小轮的半径为2r,b点在小轮上,到小轮中心距离为r②,c点和d点分别位于小轮和大轮的边缘上,若在传动过程中,皮带不打滑③,则
(
)
A.a点与b点线速度大小相等
B.a点与c点角速度大小相等
C.a、b、c、d四点,线速度最大的是a点
D.a、b、c、d四点,角速度最大的是a点
【审题关键】
序号
信息提取
①
皮带传动,边缘线速度大小相等
②
b、c、d同轴传动,角速度相等
③
a、c线速度大小相等
【解析】选D。皮带传动边缘点线速度相等,同轴传动
角速度相等,同时结合公式v=ωr列式分析即可。①b、
c、d三点是同轴传动,角速度相等,即ωb=ωc=ωd;由于
rd>rc>rb,故vd>vc>vb;②a、c点同缘传动,边缘点线速度
相等,故va=vc;由于rc>ra,根据v=rω,有:ωc<ωa;故
vd>va=vc>vb,ωb=ωc=ωd<ωa;故A、B、C均错误,D正确。
【定向训练】
1.如图所示是一个玩具陀螺。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】选B。a、b和c均是同一陀螺上的点,它们做圆周运动的角速度都是陀螺旋转的角速度ω,B对,C错;三点的运动半径关系ra=rb>rc,据v=ωr可知,三点的线速度关系va=vb>vc,A、D错。
2.如图所示为皮带传动装置,皮带轮为O、O′,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、线速度大小之
比、周期之比。
【解析】由题意可知,A、B两点在同一皮带轮上,因此
ωA=ωB,又皮带不打滑,所以vA=vC,故可得
ωC=
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
【补偿训练】
(多选)如图所示,一个匀速转动的半径为r的水平圆盘
上放着两个木块M和N,木块M放在圆盘的边缘处,木块N
放在离圆心
r的地方,它们都随圆盘一起运动。比较
两木块的线速度和角速度,下列说法中正确的是( )
A.两木块的线速度相等
B.两木块的角速度相等
C.M的线速度是N的线速度的3倍
D.M的角速度是N的角速度的3倍
【解析】选B、C。由传动装置特点知,M、N两木块有相
同的角速度,又由v=ωr知,因rN=
r,rM=r,故木块M的
线速度是木块N线速度的3倍,选项B、C正确。
【拓展例题】考查内容:圆周运动的错觉
【典例】如图所示,当屏幕上出现一辆汽车匀速奔跑的
情况时,观众如果注意车辆的辐条,往往会产生奇怪的
感觉。设车轮上有八根对称分布的完全相同的辐条,
电视画面每隔
s更换一帧,则下列说法错误的是
( )
A.若在
s内,每根辐条恰好转过45°,则观众觉得车
轮是不动的
B.若在
s内,每根辐条恰好转过360°,则观众觉得车
轮是不动的
C.若在
s内,每根辐条恰好转过365°,则观众觉得车
轮是倒转的
D.若在
s内,每根辐条恰好转过355°,则观众觉得车
轮是倒转的
【解析】选C。若
s内辐条正好转过45°角,则辐条
转到与它相邻的那根辐条位置,因而这时若更换一帧,
则会使观众看到好像车轮不动一样,因为每根辐条相同,
观众区分不开辐条的变化;同理,在
s内,若辐条转
过360°,观众也会认为车轮不动,因而A、B正确。若
s内,辐条转过365°,则每根辐条在下一帧时出现
在它转动方向前5°的位置,因而这时观众会认为在这
s内,辐条向前转过5°,所以观众会觉得车轮向前
转动;若
s内,辐条转过355°时,则每根辐条在下一
帧时,出现在与它转动方向相反的原位置的后方5°处,
因此,观众会觉得车轮在倒转,所以C错误,D正确。
【课堂回眸】