5.4圆周运动—2020-2021学年人教版高中物理必修二课件28张PPT
文档属性
| 名称 | 5.4圆周运动—2020-2021学年人教版高中物理必修二课件28张PPT |  | |
| 格式 | pptx | ||
| 文件大小 | 1.2MB | ||
| 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 | 2021-03-19 00:26:44 | ||
图片预览
文档简介
5.4 圆周运动
人教版 高中物理必修二
第五章相互作用
一、圆周运动
月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看成是圆周运动，怎样比较这两个圆周运动的快慢？请看下面地球和月球的“对话”。
地球说：你怎么走得这么慢？我绕太阳运动1 s
要走29.79 km，你绕我运动1 s才走1.02 km。
月球说：不能这样说吧！你一年才绕太阳转一
圈，我27.3天就能绕你转一圈，到底谁转得慢？
请问：地球说得对，还是月球说得对？
提示：地球和月球说的均是片面的，它们选择描述圆周运动快慢的标准不同。严格来说地球绕太阳运动的线速度比月球绕地球运动的线速度大，而月球绕地球转动的角速度比地球绕太阳转动的角度速度大。
一、圆周运动
物体在做圆周运动时,会发生一些奇特的现象。例如在游乐场坐过山车,即使过山车驶过环形轨道顶端时,也没有竖直下落的感觉;当乘坐的车辆转弯时,你会感觉有侧倾的趋势……物体做圆周运动时受力有什么特点?物体做圆周运动有什么规律?
二、描述圆周运动的物理量
思考1：月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看成是圆周运动，为什么地球会说它比月球运动的更快?这用的是什么方法来比较运动快慢的？
线速度
解答：因为地球单位时间运动的距离更长；通过物体单位时间运动的弧长来比较质点运动快慢的，而物理学将物体通过的弧长与所用时间的比值定义为线速度。
▲定义：线速度的大小等于质点通过的__________与所用__________的比值。
▲定义式：v＝______。（单位：米每秒(m/s)）
▲物理意义：描述做圆周运动的物体________的快慢。
▲方向：物体在某一时刻或某一位置的线速度方向就
是圆弧上该点的________方向。
▲注意：线速度是物体做圆周运动的瞬时速度；质点做匀速圆周运动时，线速度大小不变，但方向时刻在改变，故其线速度不是恒矢量；边缘相连接的物体，线速度相同。
二、描述圆周运动的物理量
线速度
?s
?t
弧长Δs
时间Δt
运动
切线
二、描述圆周运动的物理量
思考2：月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看成是圆周运动，为什么月球又会说它比地球运动的更快?这用的是什么方法来比较运动快慢的？
角速度、周期、转速、频率
解答：因为地球和月球转一圈时，月球花的时间更短；这里用了两种方法：通过物体运动一周所花时间的长短或通过物体与圆心的连线在单位时间扫过的圆心角，来比较质点转动快慢的。
Ｏ
θ
A
B
▲定义：定义：在圆周运动中，连接运动物体和圆心的半径转过的__________和所用__________的比值。
▲定义式：定义式：ω＝______。
▲单位：在国际单位制中，角速度的单位是____________，符号为rad/s。
▲物理意义：描述物体绕圆心________的快慢。
▲注意：在国际单位制中角的单位“弧度”，360°=2π弧度；角速度是矢量，但是但对于其方向，中学阶段不讨论；同一物体上任意两点，除旋转中心外，角速度相同。
二、描述圆周运动的物理量
角速度
角度Δθ
时间Δt
转动
弧度/秒
(1)做匀速圆周运动的物体,转过一周所用的时间叫作_______,用T表示，单位为秒，符号s。
(2)技术中常用转速来描述转动物体上质点做圆周运动的快慢,转速是指物体____________________,用符号n表示,单位为___________或_______________。周期与转速(单位为r/s)的关系为T=_______。
(3)频率是指单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或ν表示，单位为赫兹，符号为Hz。
二、描述圆周运动的物理量
周期、转速、频率
单位时间所转过的圈数
转每秒(r/s)
转每分(r/min)
周期
?
如图所示,钟表上的秒针、分针和时针以不同的角速度做圆周运动。
(1)秒针、分针和时针转动的快慢相同吗?如何比较它们转动的快慢?
(2)秒针、分针和时针的周期分别是多大?
(1)不相同,根据角速度公式计算出各自的角速度进行比较
(2)秒针周期为60 s,分针周期为60 min,时针周期为12 h
二、描述圆周运动的物理量
周期、转速、频率
转速
周期
频率
定义
符号
单位
物理意义
关系
物体在单位时间所转过的圈数
n
r/s或r/min
描述物体做圆周运动的快慢
物体运动一周所用的时间
物体在单位时间周期性变化的次数
T
f
s
Hz或s-1
n = f =
T
1
转速n越大表明物体运动得越快，频率越高表明物体运转得越快.
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
角速度
转速
周期
定义
物体在单位时间转过的角度
物体在单位时间所转过的圈数
物体运动一周所用的时间
符号
ω
n
T
单位
rad/s
r/s或r/min
Hz或s-1
意义
描述物体做圆周运动的快慢
关系
ω==2πf=2πn
三、匀速圆周运动
匀速圆周运动中的“匀速”不同于匀速直线运动中的“匀速”，这里的“匀速”是“匀速率”的意思，匀速圆周运动是变速运动。尽管做匀速圆周运动的物体在各个时刻的线速度大小相等（角速度恒定不变），但线速度的方向是不断变化的。
思考3：有人说，匀速圆周运动是线速度不变的运动，也是角速度不变的运动，这两种说法正确吗？为什么？ 匀速圆周运动中的“匀速”指速度不变吗？
▲匀速圆周运动：质点沿圆周运动，如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等，这种运动就叫做“匀速圆周运动”
判断：
(1)匀速圆周运动是匀速运动。（ ）
(2)匀速圆周运动是线速度不变的运动。（ ）
(3)匀速圆周运动相等时间内走过的位移相同。（ ）
(4)匀速圆周运动相等时间内走过的路程相同。（ ）
(5)匀速圆周运动相等时间内平均速度相同。（ ）
(6)做匀速圆周运动的物体，其合外力不为零。 ( )
(7)做匀速圆周运动的物体，其角速度不变。 ( )
(8)做匀速圆周运动的物体，转速越大，角速度越大。 ( )
?
?
?
?
?
?
?
?
四、描述匀速圆周运动各物理量之间的关系
(1)线速度、角速度、周期、转速都能描述圆周运动的快慢，但它们描述的角度不同。线速度v描述质点运动的快慢，而角速度ω、周期T、转速n描述质点转动的快慢。
(2)要准确全面地描述匀速圆周运动的快慢仅用一个量是不够的，既需要一个描述运动快慢的物理量，又需要一个描述转动快慢的物理量。
那它们之间的关系具体怎样呢？
线速度与角速度的关系
四、描述匀速圆周运动各物理量之间的关系
那线速度与角速度的关系？
线速度与角速度的关系
设物体做半径为r的匀速圆周运动，在Δt内通过的弧长为Δs，半径转过的角度为Δθ
?s
Δ
θ
r
由数学知识得Δs= rΔθ
v = ωr
四、描述匀速圆周运动各物理量之间的关系
线速度、角速度与周期的关系
1.物体的线速度是多少? 2.物体运动的角速度是多少? 3.物体的线速度与角速度的关系如何?
做匀速圆周运动的物体,10 s内沿半径为20 m的圆周运动100 m,求物体做匀速圆周运动时:(1)线速度的大小;(2)角速度的大小;(3)周期的大小。
五、常见的三种传动装置及其特点
如图为一辆自行车传动装置的结构图，观察自行车是怎样用链条传动来驱动后轮前进的，请思考：(1)同一齿轮上到转轴距离不同的各点的线速度、角速度是否相同？(2)两个齿轮相比较，其边缘的线速度是否相同？角速度是否相同，转速是否相同？
提示：
(1)线速度不同，角速度相同
(2)线速度相同，角速度不同，转速不同
五、常见的三种传动装置及其特点
三种传动装置及其特点
五、常见的三种传动装置及其特点
三种传动装置及其特点
一辆自行车的局部结构示意图如图,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)转动,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前进,请你计算每分钟要踩脚踏板的圈数。(3)若某种变速自行车有3个飞轮和6个牙盘,牙盘和飞轮的齿数如表所示,若人骑该车行进的速度一定,则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?
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}名称
牙盘
飞轮
齿数N/个
48
38
28
15
16
18
21
24
28
五、常见的三种传动装置及其特点
研究描述圆周运动的各物理量间的关系时除了要熟练掌握公式外,还要建立两种模型。
(1)同轴共转模型:各点具有相同的角速度、转速、周期,线速度与半径成正比。
(2)摩擦传动(不打滑)模型(包括皮带传动、链条传动、地面传动、齿轮传动等):各轮的边缘线速度大小相等,角速度与半径成反比。
对以上两类问题,搞清哪些物理量相等、哪些物理量不相等(线速度或角速度)是解题的关键。
特别提醒：
六、匀速圆周运动的多解问题处理方法
如图所示，半径为R的水平圆板绕过中心的竖直轴做匀速圆周运动，当半径OB转到某一方向时，在圆板中心正上方h处以平行于OB方向水平抛出一小球，小球抛出时的速度及圆板转动的角速度为多大时，小球与圆板只碰一次，且相碰点为B?
1．分析多解原因：匀速圆周运动具有周期性，使得前一个周期中发生的事件在后一个周期中同样可能发生，这就要求我们在确定做匀速圆周运动物体的运动时间时，必须把各种可能都考虑进去。
2．确定处理方法：
(1)抓住联系点：明确两个物体参与运动的性质和求解的问题，两个物体参与的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等，抓住两运动的联系点是解题关键。
(2)先特殊后一般：分析问题时可暂时不考虑周期性，表示出一个周期的情况，再根据运动的周期性，在转过的角度θ上再加上2nπ，具体n的取值应视情况而定。
六、匀速圆周运动的多解问题处理方法
课后练习：“行星传动示意图”如图。中心“太阳轮”的转动轴固定,其半径为R,周围四个“行星轮”的转动轴固定,其半径为R2,“齿圈”的半径为R3,其中R1=1.5R2,A、B、C分别是“太阳轮”“行星轮”“齿圈”边缘上的点,齿轮传动过程不打滑,那么( )
A. A点与B点的角速度相同
B. A点与B点的线速度相同
C. B点与C点的转速之比为7∶2
D. A点与C点的周期之比为3∶5
C
课后作业：
完成第五章第四节相关练习
预习第五章第五节相关知识
人教版 高中物理必修二
第五章相互作用
一、圆周运动
月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看成是圆周运动，怎样比较这两个圆周运动的快慢？请看下面地球和月球的“对话”。
地球说：你怎么走得这么慢？我绕太阳运动1 s
要走29.79 km，你绕我运动1 s才走1.02 km。
月球说：不能这样说吧！你一年才绕太阳转一
圈，我27.3天就能绕你转一圈，到底谁转得慢？
请问：地球说得对，还是月球说得对？
提示：地球和月球说的均是片面的，它们选择描述圆周运动快慢的标准不同。严格来说地球绕太阳运动的线速度比月球绕地球运动的线速度大，而月球绕地球转动的角速度比地球绕太阳转动的角度速度大。
一、圆周运动
物体在做圆周运动时,会发生一些奇特的现象。例如在游乐场坐过山车,即使过山车驶过环形轨道顶端时,也没有竖直下落的感觉;当乘坐的车辆转弯时,你会感觉有侧倾的趋势……物体做圆周运动时受力有什么特点?物体做圆周运动有什么规律?
二、描述圆周运动的物理量
思考1：月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看成是圆周运动，为什么地球会说它比月球运动的更快?这用的是什么方法来比较运动快慢的？
线速度
解答：因为地球单位时间运动的距离更长；通过物体单位时间运动的弧长来比较质点运动快慢的，而物理学将物体通过的弧长与所用时间的比值定义为线速度。
▲定义：线速度的大小等于质点通过的__________与所用__________的比值。
▲定义式：v＝______。（单位：米每秒(m/s)）
▲物理意义：描述做圆周运动的物体________的快慢。
▲方向：物体在某一时刻或某一位置的线速度方向就
是圆弧上该点的________方向。
▲注意：线速度是物体做圆周运动的瞬时速度；质点做匀速圆周运动时，线速度大小不变，但方向时刻在改变，故其线速度不是恒矢量；边缘相连接的物体，线速度相同。
二、描述圆周运动的物理量
线速度
?s
?t
弧长Δs
时间Δt
运动
切线
二、描述圆周运动的物理量
思考2：月球绕地球运动，地球绕太阳运动，这两个运动都可看成是圆周运动，为什么月球又会说它比地球运动的更快?这用的是什么方法来比较运动快慢的？
角速度、周期、转速、频率
解答：因为地球和月球转一圈时，月球花的时间更短；这里用了两种方法：通过物体运动一周所花时间的长短或通过物体与圆心的连线在单位时间扫过的圆心角，来比较质点转动快慢的。
Ｏ
θ
A
B
▲定义：定义：在圆周运动中，连接运动物体和圆心的半径转过的__________和所用__________的比值。
▲定义式：定义式：ω＝______。
▲单位：在国际单位制中，角速度的单位是____________，符号为rad/s。
▲物理意义：描述物体绕圆心________的快慢。
▲注意：在国际单位制中角的单位“弧度”，360°=2π弧度；角速度是矢量，但是但对于其方向，中学阶段不讨论；同一物体上任意两点，除旋转中心外，角速度相同。
二、描述圆周运动的物理量
角速度
角度Δθ
时间Δt
转动
弧度/秒
(1)做匀速圆周运动的物体,转过一周所用的时间叫作_______,用T表示，单位为秒，符号s。
(2)技术中常用转速来描述转动物体上质点做圆周运动的快慢,转速是指物体____________________,用符号n表示,单位为___________或_______________。周期与转速(单位为r/s)的关系为T=_______。
(3)频率是指单位时间内完成周期性变化的次数，是描述周期运动频繁程度的量，常用符号f或ν表示，单位为赫兹，符号为Hz。
二、描述圆周运动的物理量
周期、转速、频率
单位时间所转过的圈数
转每秒(r/s)
转每分(r/min)
周期
?
如图所示,钟表上的秒针、分针和时针以不同的角速度做圆周运动。
(1)秒针、分针和时针转动的快慢相同吗?如何比较它们转动的快慢?
(2)秒针、分针和时针的周期分别是多大?
(1)不相同,根据角速度公式计算出各自的角速度进行比较
(2)秒针周期为60 s,分针周期为60 min,时针周期为12 h
二、描述圆周运动的物理量
周期、转速、频率
转速
周期
频率
定义
符号
单位
物理意义
关系
物体在单位时间所转过的圈数
n
r/s或r/min
描述物体做圆周运动的快慢
物体运动一周所用的时间
物体在单位时间周期性变化的次数
T
f
s
Hz或s-1
n = f =
T
1
转速n越大表明物体运动得越快，频率越高表明物体运转得越快.
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}
角速度
转速
周期
定义
物体在单位时间转过的角度
物体在单位时间所转过的圈数
物体运动一周所用的时间
符号
ω
n
T
单位
rad/s
r/s或r/min
Hz或s-1
意义
描述物体做圆周运动的快慢
关系
ω==2πf=2πn
三、匀速圆周运动
匀速圆周运动中的“匀速”不同于匀速直线运动中的“匀速”，这里的“匀速”是“匀速率”的意思，匀速圆周运动是变速运动。尽管做匀速圆周运动的物体在各个时刻的线速度大小相等（角速度恒定不变），但线速度的方向是不断变化的。
思考3：有人说，匀速圆周运动是线速度不变的运动，也是角速度不变的运动，这两种说法正确吗？为什么？ 匀速圆周运动中的“匀速”指速度不变吗？
▲匀速圆周运动：质点沿圆周运动，如果在任意相等的时间里通过的圆弧长度都相等，这种运动就叫做“匀速圆周运动”
判断：
(1)匀速圆周运动是匀速运动。（ ）
(2)匀速圆周运动是线速度不变的运动。（ ）
(3)匀速圆周运动相等时间内走过的位移相同。（ ）
(4)匀速圆周运动相等时间内走过的路程相同。（ ）
(5)匀速圆周运动相等时间内平均速度相同。（ ）
(6)做匀速圆周运动的物体，其合外力不为零。 ( )
(7)做匀速圆周运动的物体，其角速度不变。 ( )
(8)做匀速圆周运动的物体，转速越大，角速度越大。 ( )
?
?
?
?
?
?
?
?
四、描述匀速圆周运动各物理量之间的关系
(1)线速度、角速度、周期、转速都能描述圆周运动的快慢，但它们描述的角度不同。线速度v描述质点运动的快慢，而角速度ω、周期T、转速n描述质点转动的快慢。
(2)要准确全面地描述匀速圆周运动的快慢仅用一个量是不够的，既需要一个描述运动快慢的物理量，又需要一个描述转动快慢的物理量。
那它们之间的关系具体怎样呢？
线速度与角速度的关系
四、描述匀速圆周运动各物理量之间的关系
那线速度与角速度的关系？
线速度与角速度的关系
设物体做半径为r的匀速圆周运动，在Δt内通过的弧长为Δs，半径转过的角度为Δθ
?s
Δ
θ
r
由数学知识得Δs= rΔθ
v = ωr
四、描述匀速圆周运动各物理量之间的关系
线速度、角速度与周期的关系
1.物体的线速度是多少? 2.物体运动的角速度是多少? 3.物体的线速度与角速度的关系如何?
做匀速圆周运动的物体,10 s内沿半径为20 m的圆周运动100 m,求物体做匀速圆周运动时:(1)线速度的大小;(2)角速度的大小;(3)周期的大小。
五、常见的三种传动装置及其特点
如图为一辆自行车传动装置的结构图，观察自行车是怎样用链条传动来驱动后轮前进的，请思考：(1)同一齿轮上到转轴距离不同的各点的线速度、角速度是否相同？(2)两个齿轮相比较，其边缘的线速度是否相同？角速度是否相同，转速是否相同？
提示：
(1)线速度不同，角速度相同
(2)线速度相同，角速度不同，转速不同
五、常见的三种传动装置及其特点
三种传动装置及其特点
五、常见的三种传动装置及其特点
三种传动装置及其特点
一辆自行车的局部结构示意图如图,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)转动,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前进,请你计算每分钟要踩脚踏板的圈数。(3)若某种变速自行车有3个飞轮和6个牙盘,牙盘和飞轮的齿数如表所示,若人骑该车行进的速度一定,则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?
{5940675A-B579-460E-94D1-54222C63F5DA}名称
牙盘
飞轮
齿数N/个
48
38
28
15
16
18
21
24
28
五、常见的三种传动装置及其特点
研究描述圆周运动的各物理量间的关系时除了要熟练掌握公式外,还要建立两种模型。
(1)同轴共转模型:各点具有相同的角速度、转速、周期,线速度与半径成正比。
(2)摩擦传动(不打滑)模型(包括皮带传动、链条传动、地面传动、齿轮传动等):各轮的边缘线速度大小相等,角速度与半径成反比。
对以上两类问题,搞清哪些物理量相等、哪些物理量不相等(线速度或角速度)是解题的关键。
特别提醒：
六、匀速圆周运动的多解问题处理方法
如图所示，半径为R的水平圆板绕过中心的竖直轴做匀速圆周运动，当半径OB转到某一方向时，在圆板中心正上方h处以平行于OB方向水平抛出一小球，小球抛出时的速度及圆板转动的角速度为多大时，小球与圆板只碰一次，且相碰点为B?
1．分析多解原因：匀速圆周运动具有周期性，使得前一个周期中发生的事件在后一个周期中同样可能发生，这就要求我们在确定做匀速圆周运动物体的运动时间时，必须把各种可能都考虑进去。
2．确定处理方法：
(1)抓住联系点：明确两个物体参与运动的性质和求解的问题，两个物体参与的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等，抓住两运动的联系点是解题关键。
(2)先特殊后一般：分析问题时可暂时不考虑周期性，表示出一个周期的情况，再根据运动的周期性，在转过的角度θ上再加上2nπ，具体n的取值应视情况而定。
六、匀速圆周运动的多解问题处理方法
课后练习：“行星传动示意图”如图。中心“太阳轮”的转动轴固定,其半径为R,周围四个“行星轮”的转动轴固定,其半径为R2,“齿圈”的半径为R3,其中R1=1.5R2,A、B、C分别是“太阳轮”“行星轮”“齿圈”边缘上的点,齿轮传动过程不打滑,那么( )
A. A点与B点的角速度相同
B. A点与B点的线速度相同
C. B点与C点的转速之比为7∶2
D. A点与C点的周期之比为3∶5
C
课后作业：
完成第五章第四节相关练习
预习第五章第五节相关知识