4.1 质点的匀速圆周运动 教案 -2023-2024学年高一下学期（中职）物理高教版《技术物理 上册》

第4章 圆周运动 转动 引言：第1章研究了直线运动和曲线运动中的抛体运动，在自然界中，还常见到另一种特殊典型的曲线运动——圆周运动和转动。圆周运动是十分普遍的运动形式，例：地球的自转、行星绕太阳的公转、机器的飞轮和传动轮、各种车辆的车轮等……除轴心外，其上的各点都在做圆周运动，而相应的部件在做转动。圆周运动与直线运动有什么异同？怎样描述匀速圆周运动？匀速圆周运动有哪些规律？这些就是我们这一章要解决的问题。 本章将学习质点的圆周运动和刚体的定轴转动这两种最基本的转动形式，以及万有引力和力矩。 4-1 质点的匀速圆周运动 一、教学目标 1．理解匀速圆周运动、线速度、角速度和周期的概念。 2．理解向心力、向心加速度的概念。 3．能正确计算线速度、角速度和周期。 4．掌握向心力、向心加速度的计算。 5．了解离心运动。 6. 能将理论应用于生活，学会思考、分析、解决问题。 二、教学重点难点 重点：1．匀速圆周运动、线速度、角速度和周期之间的关系及计算。 2．向心力、向心加速度的方向及计算。 难点：1．匀速圆周运动的线速度方向。 2．匀速圆周运动的向心力、向心加速度的方向及计算。 3．匀速圆周运动是一种变速运动。 三、教学器材 向心力演示仪（亦可用细绳、弹簧秤和小球自制演示装置）。 四、教学建议 教法建议 讨论、演示实验、讲解。 教学设计方案 （一） 引入新课 机械运动的基本形式 平动 转动 提问：请同学们观察自己的手表，回答：秒针端点的运动轨迹是什么？ 转动：物体上的所有的点均绕同一点（或同一直线）做圆周运动，这种运动称为转动。 转动的飞轮上各点、钟表指针上的各点、高速旋转砂轮上的各点、月球绕着地球的运动、地球的自转、行星绕太阳的公转以及行驶的车辆转弯时，这些物体所做的运动都是转动。 （二） 引出课程内容 提问：(1) 秒针端点运动有怎样的特点？ (2) 该点运动的快慢是否随时间的变化而变化？ 通过分析图1总结得：在任何相等的时间内所通过的弧 长均相同。从而总结得出匀速圆周运动的概念。 1．匀速圆周运动 如果质点沿圆周运动的快慢不变（即在相等的时间内所 通过的弧长都相等），这种运动就称为匀速圆周运动。 质点在相等的时间内通过了相等的弧长s，同时质点与转动中心（即圆心）的连线（即半径）也转过了相同的圆心角。 2．描述匀速圆周运动的几个物理量 （1）周期：质点沿圆周运动一圈所用的时间。常用T表示。 周期的单位：秒，符号是s。T越大，说明质点运动越慢，T越小，说明质点运动越快。 （2）频率：质点在一秒内转过的周数称频率。常用f来表示。 频率的单位：赫兹, 符号是Hz 。1 Hz＝1 s-1 周期与频率的关系: f越大，说明质点运动越快，f越小，说明质点运动越慢。 （3）转速（转动频率）：质点在单位时间内转过的圈数数称转速。常用n表示。 转速的单位: 转每分,符号是r/min。若用s作时间单位,转速的单位为r/s。 换算关系 1 r/s＝1 s-1 1 r/s＝60 r/min 1 r/min＝（1/60） r/s n越大，说明质点运动越快，n越小，说明质点运动越慢。 （4）角速度：在匀速圆周运动中，连接质点和圆心的半径转过的角度与所用时间之比，称为角速度，常用ω表示。 角速度的单位:弧度每秒，符号是rad/s 。 如图2所示，角速度与周期和频率的关系为： 通过对匀速圆周运动概念的分析得出：匀速圆周运动是角速度不变的运动。 （5）线速度：质点做曲线运动的速度称为线速度。 做匀速圆周运动的质点，在圆周上任一点的线速度方向就是过该点的切线方向。 根据匀速圆周运动的定义，质点沿圆周运动通过的弧长与所用时间的比值为线速度的大小，用来表示。 线速度的单位:米每秒,符号是m/s。 请学生分析匀速圆周运动的速度特点（先让学生分析线速度的大小特点，再判断线速度是变量）。 在匀速圆周运动中，根据线速度的定义可知：，即线速度的大小不变。 线速度的方向是质点在某点的切线方向，质点在圆周的不同位置速度的方向各不相同，线速度的方向时刻改变，所以线速度是个变量。 结论：匀速圆周运动的速度大小不变，速度方向时刻变化，是一种变速运动。 根据 和 得出： (让学生推导)。 例题1 一个同学骑自行车做匀速直线运动。根据他的测量，车轮转10 圈用了6 s时间，若车轮的半径是28 cm，求： （1）车轮转动的周期、频率、转速和角速度； （2）车轮边上一点的线速度； （3）这个同学骑车前进的速度； 解 已知 N=10 t=6 s R=28 cm=0.28 m （1） 转速以r/s作单位时，其数值与频率相等。 （2）车轮边缘的