第五节 匀速圆周运动（同步课件）-【中职专用】2024-2025学年高中物理同步精品课堂（高教版2023·机械建筑类）

第5节 匀速圆周运动 主题二 SZ-LWH 1 在游乐场乘坐摩天轮时，人随摩天轮运动，轨迹为圆周。我们把这类轨迹为圆周或一段圆弧的机械运动称为圆周运动。和抛体运动一样，圆周运动也是一种常见的曲线运动。日常生活中，电风扇工作时叶片上的点、时钟指针的尖端、田径场弯道上赛跑的运动员等，都在做圆周运动。 情境导入 SZ-LWH 01 匀速圆周运动 SZ-LWH 3 一.匀速圆周运动 质点在做圆周运动时，如果任意相等时间内通过的圆弧长度相等，这种运动就称为匀速圆周运动。匀速圆周运动和质点一样，都是理想模型。 SZ-LWH 02 周期和频率 SZ-LWH 5 (1)做匀速圆周运动的物体，如果转过一周所用的时间越少，那么就表示运动得越快。 1.周期(T)：表示运动一周所用的时间 (2)匀速圆周运动是周期不变的运动 2.频率(f): 周期的倒数,表示一秒内转过的圈数 频率： 频率越高表明物体转动得越快！ 二.周期和频率 SZ-LWH 03 线速度 SZ-LWH 7 三.线速度 1、物理意义：描述质点沿圆周运动的快慢。 2、定义：质点做圆周运动通过的弧长 ΔS和所用时间 Δt 的比值叫做线速度的大小。 3、大小： 4、单 位：m/s v = Δt ΔS 5、方向：质点在圆周某点的瞬时线速度方向沿圆周上该点的切线方向。 ∆l 比值法定义 SZ-LWH 三.线速度 自行车前进时，由于链条不可伸长，也不会脱离齿轮打滑，因而大、小齿轮边缘的点在相等时间内通过的弧长是相等的，即线速度大小相等。 但同时也可注意到，由于两个齿轮的半径不同，相等时间内它们转过的角度不同。我们引入角速度这个物理量来描述做圆周运动的物体绕圆心转动的快慢。 SZ-LWH 04 角速度 SZ-LWH 10 四.角速度 匀速圆周运动是 角速度不变的运动 1、物理意义：描述质点绕圆心转动的快慢。 2、定义：质点所在的半径转过的角度Δθ和所用时间Δt的比值叫做角速度。 3、公式： ω= Δt Δ θ 4、单 位：弧度/秒 rad/s 或 rad•s -1 Δθ采用弧度制 SZ-LWH 四.角速度 设物体做半径为r的匀速圆周运动，在Δt内通过的弧长为Δl ，半径转过的角度为Δθ 由数学知识得Δl = rΔθ v = = = rω Δt Δl Δt rΔ θ v = rω ∆l Δ θ r SZ-LWH 四.角速度 设物体做半径为 r 的匀速圆周运动： v = T 2πr 线速度与周期的关系： 角速度与周期的关系： ω= T 2π ∆l Δ θ r SZ-LWH 四.角速度 答案　C SZ-LWH 四.角速度 传送带传动 齿轮传动 SZ-LWH 四.角速度 SZ-LWH 05 向心力 SZ-LWH 17 五.向心力 大量实例都表明：做匀速圆周运动的物体所受的合力总指向圆心。这个指向圆心的力就叫作向心力，符号Fn ②向心力的作用：只改变线速度的方向不改变速度大小（对于做匀速圆周运动的物体，物体的速度大小不发生改变，因此，所受合力只改变速度的方向。） ①大小不变，方向时刻发生变化（始终指向圆心且与速度方向垂直），是变力 SZ-LWH 五.向心力 匀速转动手柄1，可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之匀速转动，槽内的小球也随着做匀速圆周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球的压力提供。球对挡板的反作用力，通过横臂的杠杆作用使弹簧测力套筒7下降，从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等分标记，可以粗略计算出两个球所受向心力的比值。 请你用上面介绍的器材设计实验，研究向心力大小与物体的质量、速度和轨道半径等因素的关系。 SZ-LWH 五.向心力 1、用质量比为2:1的钢球和铝球，使他们的运动半径R和角速度ω均相同，观察露出的红白相间方格数的比值为2:1，即两球所受向心力的比值也为2:1，因此可以得出：F与m成正比。 2、当m、ω相同时，半径比为2:1，向心力的比值也为2:1，因此F与半径R成正比。 3、当m、R相同时，角速度比值为2:1，向心力的比值为4:1，因此F与角速度的平方成正比。 SZ-LWH 五.向心力 G Ff FN ω 讨论：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源? 物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力，即桶对物块的支持力。 匀速圆周运动实例分析—— 向心力的来源 向心力表达式 SZ-LWH 06 向心加速度 SZ-LWH 22 六.向心加速度 圆心 圆心 垂直 SZ-LWH 六.向心加速度 【例2】下列关于向心加速度的说法中，正确的是(　　) A．向心加速度的方向始终与线速度的方向垂直 B．向心加速度的方向保持不变 C．在匀速圆周运动中，向心加速度是恒定的 D．在匀速圆周运动中，向心加速度的大小不断变化 A SZ-LWH 六.向心加速度 1、做圆周运动的物体，在其所受合外力突然消失，或不足以提供圆周运动所需向心力的情况下，就做逐渐远离圆心的运动，这种运动叫做离心运动。 作离心运动的条件： SZ-LWH 六.向心加速度 2、合外力与向心力的关系 o 做匀速圆周运动的物体,由于惯性总有沿切线方向飞去的倾向,在合外力突然消失或者不足以提供圆周运动所需的向心力的情况下,做逐渐远离圆心的离心运动;当合外力大于物体做圆周运动所需的向心力时,物体做离圆心越来越近的向心运动;只有当合外力等于所需的向心力时,物体才可能做匀速圆周运动。 F拉=mω2r F拉>mω2r F拉<mω2r F拉=0 SZ-LWH 六.向心加速度 ③“离心浇铸”技术 模具绕一固定轴旋转，当达到500转每分时，将融化了的液态金属倒入其中，它将以巨大的惯性离心力向模具壁紧压，同时夹杂在液态金属里的气体和熔渣，由于其密度远小于液态的金属，因此它们将从金属里被分离出来。按此法浇铸出的金属零件密实、均匀、不含气泡和裂痕，大大提高了使用寿命。 3、离心运动的应用和防止 SZ-LWH 六.向心加速度 ① 在水平公路上行驶的汽车转弯时 υ Ffmax<m υ r 2 Ff 汽车 在水平公路上行驶的汽车,转弯时所需的向心力是由车轮与路面的静摩擦力提供的。如果转弯时速度过大,所需向心力F大于最大静摩擦力Ffmax,汽车将做离心运动而造成交通事故。因此,在公路弯道处,车辆行驶不允许超过规定的速度。 4、离心运动的防止 SZ-LWH 六.向心加速度 ② 高速转动的砂轮、飞轮等 高速转动的砂轮、飞轮等,都不得超过允许的最大转速,如果转速过高,砂轮、飞轮内部分子间的作用力不足以提供所需的向心力时,离心运动会便它们破裂,甚至酿成事故。为了防止事故的发生,通常还要在砂轮和飞轮的外侧加装一个防护罩。 4、离心运动的防止 SZ-LWH 课堂练习 1．走时准确的时钟，时针和分针的角速度之比为（　　） A．1∶12 B．12∶1 C．1∶60 D．60∶1 A SZ-LWH 课堂练习 2.如图所示，小物体A与圆盘保持相对静止，它随圆盘一起做匀速圆周运动，关于A的受力情况，下列说法正确的是（　　） A．重力、支持力 B．摩擦力、向心力 C．重力、支持力和摩擦力 D．重力、支持力、摩擦力和向心力 C SZ-LWH 课堂练习 3.下列哪些现象利用了离心现象（　　） A．汽车转弯时要限制速度 B．工作的洗衣机脱水桶转速很大 C．在修建铁路时，转弯处内轨要低于外轨 D．转速很大的砂轮半径做得不能太大 B SZ-LWH 课堂练习 C SZ-LWH 作业布置 作业 实践与探索 2-5 第1~5题 SZ-LWH 谢谢各位的聆听！ SZ-LWH 35 星之所在 初音未来 Other 132264.0 【例1】甲、乙两物体分别做匀速圆周运动，如果它们转动的半径之比为1∶5，线速度之比为3∶2，那么下列说法正确的是(　　) A．甲、乙两物体的角速度之比是2∶15 B．甲、乙两物体的角速度之比是10∶3 C．甲、乙两物体的周期之比是2∶15 D．甲、乙两物体的周期之比是10∶3 皮 带 传 动 (1)边缘线速度大小相等，即vA＝vB (2)周期与半径成正比，即eq \f(TA,TB)＝eq \f(R,r) (3)角速度与半径成反比，即eq \f(ωA,ωB)＝eq \f(r,R) (4)转动方向相同 齿 轮 传 动 (1)边缘线速度大小相等，即vA＝vB (2)周期与半径成正比，即eq \f(TA,TB)＝eq \f(R,r) (3)角速度与半径成反比，即eq \f(ωA,ωB)＝eq \f(r,R) (4)转动方向相反 1．定义 任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向______，这个加速度叫作向心加速度。 2．大小 (1)an＝eq \f(v2,r)； (2)an＝ω2r。 3．方向 沿半径方向指向_____，与线速度方向_____。 4．自行车的大齿轮、小齿轮、后轮是相互关联的三个转动部分(如图)，行驶时(　　) A．大齿轮边缘点比小齿轮边缘点的线速度大 B．后轮边缘点比小齿轮边缘点的角速度大 C．大齿轮边缘点与小齿轮边缘点的向心加速度之比等于它们半径的反比 D．后轮边缘点与小齿轮边缘点的向心加速度之比等于它们半径的反比 $$