2.1圆周运动 课件-2025-2026学年高一下学期物理教科版必修第二册

该高中物理课件聚焦匀速圆周运动的基本特性，以“飞车走壁”杂技表演及摩天轮、自行车部件等生活实例导入，衔接直线运动知识，构建曲线运动学习的基础支架，系统讲解圆周运动定义、线速度、角速度、周期及其关系。 其亮点在于通过生活实例建构物理模型，结合“闹钟与手表之争”等讨论交流培养科学推理能力，借助地球公转、荡秋千等自我评价题强化运动观念。这种教学方法帮助学生形成物理观念，提升科学思维，教师可通过结构化内容提高教学效率。

物理 必修 第二册 第二章 匀速圆周运动 主题一 圆周运动及其基本特性 ◆ 圆周运动 ◆ 匀速圆周运动的向心力和向心加速度 主题二 圆周运动与现实生活 ◆ 圆周运动的实例分析 ◆ 圆周运动与人类文明（选学） “飞车走壁”是观众喜爱的一项杂技表演。演员驾驶摩托车在口大底小的巨型木制“圆桶”内壁上运动。 摩托车的运动有什么特征？它为什么能在内壁上运动？ 这需要我们认识一种常见的曲线运动——圆周运动，并从动力学角度理解物体做圆周运动的条件。 匀速圆周运动是最简单的圆周运动。让我们从匀速圆周运动出发，逐步了解圆周运动，乃至各种曲线运动。 1 圆周运动 物理 必修 第二册 第二章 匀速圆周运动 圆周运动 本章首页介绍的“飞车走壁”表演中，演员逐渐增大摩托车的速度，可从圆桶底部沿桶壁攀升，最后在同一水平面上紧贴圆桶运动，此时的运动轨迹是一个圆。物体的运动轨迹是圆的运动叫作圆周运动 ( circular motion)。 这是一种常见的运动，如图 2-1-1 所示，从手表的指针到大型发电机的转子，从玩具小车到游乐场的摩天轮，从自行车到汽车、火车和飞机……这些物体的运动中都包含圆周运动。即使在寂静的夜晚，沉睡着的你也在跟随地球不停地做圆周运动。 1 形形色色的圆周运动 ◎ 转动与圆周运动 事实上，转动的物体上除轴外的任一质点都在绕轴做圆周运动。 圆周运动 1 形形色色的圆周运动 观察思考 ▲ 图2-1-1 圆周运动是一种常见的运动 （c）电扇工作时，扇叶上的每个质点都在绕中心做圆周运动 （d）打开怀表后盖，你会看到里面有许多齿轮，齿轮上的每个质点都在做圆周运动 （a）你坐在游乐场的摩天轮上，饱览美丽的风光时，你正在做圆周运动 （b）当你用线操纵航模机参加比赛时，飞机在做圆周运动 圆周运动 1 形形色色的圆周运动 观察思考 1. 从运动学的角度看，上面的这些实例有什么共同的特点？ 2. 你观察过自行车吗？自行车行进时（图 2-1-2），有哪些部件绕轴转动？这些部件上的质点以什么为参考系做圆周运动？圆心在哪儿？ ▲ 图2-1-2 行进中的自行车 圆周运动 1 描述匀速圆周运动的物理量 在圆周运动中，最简单的是匀速圆周运动。 讨论交流 1. 什么是匀速圆周运动？ 2. 有人说 ：描述匀速圆周运动的快慢，可以观测圆周上一个点在单位时间内通过的弧长。你认为这个想法可行吗？ 3. 你认为还可以怎样描述匀速圆周运动的快慢？ 质点沿圆周运动，如果在任意相等时间内通过的圆弧长度都相等，这种运动就叫作匀速圆周运动 ( uniform circular motion)。若在时间内，做匀速圆周运动的质点通过的弧长是（图 2-1-3），则可以用来描述匀速 圆周运动的快慢，这个比就反映匀速圆周运动的线速度 （linear velocity）的大小，用公式表示为 ▲ 图2-1-3 线速度的大小 圆周运动 1 描述匀速圆周运动的物理量 在匀速圆周运动中，质点运动的线速度的大小是个常量，它与所取弧长的长短无关。由曲线运动的速度方向可知，质点在圆周运动中任一点的线速度方向就是圆周上该点的切线方向（图 2-1-4）。 线速度是矢量，做匀速圆周运动的质点在各个时刻的线速度的大小虽然相同，但线速度的方向在不断变化，因此，匀速圆周运动实际上是一种变速运动，这里所说的“匀速”只是速率不变的意思。 对于做匀速圆周运动的质点（图2-1-5），连接质点和圆心的半径所转过的角度跟所用时间的比叫作匀速圆周运动的角速度（angular velocity），用来表示 ： ▲ 图2-1-4 匀速圆周运动线速度的方向  t 匀速圆周运动是角速度不变的运动。在国际单位制中，角速度的单位是弧度每秒，符号是 rad/s。 ▲ 图2-1-5 对角速度定义的说明 圆心角 φ 的大小可以利用 弧长与半径的比来表示，其单 位是弧度（radian），用符号rad 表示。周角是2（rad）；平角 是 （rad）；直角是 （rad）。 圆周运动 1 描述匀速圆周运动的物理量 讨论交流 你的秒针针尖60s转一圈，我也是60s转一圈，我并不比你慢呀！ 我的秒针针尖的线速度是3×103m/s，你的秒针针尖的线速度只有8×104m/s，我比你快得多。 ▲ 图2-1-6 “闹钟”与“手表”之争 “闹钟”与“手表”为什么会有如图 2-1-6 所示的快慢之争？提出你的看法，和同学进行讨论。 圆周运动 1 描述匀速圆周运动的物理量 讨论交流 我们在《物理 必修 第一册》中已经学过，速度是描述运动快慢和方向的物理量。圆周运动的线速度就是速度，因此，“闹钟”的意见是正确的。角速度是描述物体（或物体的一部分）绕轴转动快慢的物理量。做匀速圆周运动的质点，也可以用角速度表示它绕圆心转动的快慢，但“转得快”与“运动得快”是两个不同的概念。 除了角速度以外，还可以怎样描述匀速圆周运动转动的快慢呢？ 我们可以比较物体转过一圈所用时间的多少或比较物体在一段时间内转过的圈数。在物理学中，做匀速圆周运动的物体，运动一周所用的时间叫作周期 ( period)，用符号T表示。周期也是描述匀速圆周运动转动快慢的一个物理量。我们常说匀速圆周运动具有“周期性”，指的是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运动方向。 技术中常用转速来描述物体绕轴转动的快慢。转速是指转动物体转过的圈数与所用时间的比，常用符号 n 表示，转速的单位有转每秒，符号是r/s，或转每分（r/min）。角速度与转速的关系是 = 2n 由此，你能理解如图 2-1-7 所示的汽车转速表刻度值的含义吗？ ▲ 图2-1-7 汽车转速表 既然线速度、角速度和周期都是描述匀速圆周运动的物理量，那么它们之间有什么关系呢？ 圆周运动 1 线速度、角速度和周期之间的关系 设一质点沿半径为 r 的圆周做匀速圆周运动，它在一个周期 T 内转过的弧长为 2r，转过的角度为 2，所以线 速度和角速度分别为 从可以看出，质点做圆周运动时，如果角速度相同，半径不同，线速度也不同。 这就是匀速圆周运动中线速度与角速度的关系。对于非匀速圆周运动，角速度和线速度的大小都是变化的，但在任一时刻，角速度和线速度的瞬时值都满足这个关系。 由以上两式得 现在你能化解“闹钟”与“手表”关于秒针针尖运动的快慢之争了吗？ 1.对于做匀速圆周运动的物体，下面说法中正确的是（ ） 自我评价 解析 线速度是矢量，做匀速圆周运动的物体线速度大小不变，方向时刻改变，故 Ａ 错误，Ｂ 正确；做匀速圆周运动的物体，转动一周的时间是固定的，故周期不变，故 Ｄ 正确；物体做匀速圆周运动，则角速度一定不变，故 Ｃ 正确。 A.线速度不变 B. 线速度的大小不变 C. 角速度不变 D. 周期不变 ＢＣＤ 2. 地球绕太阳公转的运动可以近似地看作匀速圆周运动，地球距太阳约1.5×l08km，地球绕太阳公转的角速度是多大？线速度是多大？ 自我评价 解析　 地球绕太阳转动的周期为Т＝365×24×3600s＝ 31526000s 地球绕太阳公转的角速度为 2.0×10－７rad/s 线速度是 ＝ 3.0×104m/s 3. 如图2-1-8所示，小强正在荡秋千。关于绳上a点和b点的线速度和角速度，下列关系正确的是（ ） 自我评价 解析　荡秋千可视为同轴转动，所以ａ、ｂ两点角速度相同；据 ｖ ＝ωｒ 和 ａ、ｂ两点的半径关系，可知 Ｃ 正确。 ▲ 图2-1-8 A. a = B. a > b b C. ωa = ωb D. ωa < ωb 4.如图2-1-9所示，自行车的大齿轮与小齿轮通过链条相连，而后轮与小齿轮是绕共同的轴转动的。设大齿轮、小齿轮和后轮的半径分别为r1、r2和r3，在它们的边缘分别取一点 A、B、C。设A点的线速度大小为，求B点和C点的线速度大小和角速度。 自我评价 ▲ 图2-1-9 5.观察自行车，你能运用所学的圆周运动的知识提出什么样的问题？ 自我评价 1 圆周运动 物理 必修 第二册 第二章 匀速圆周运动 本节内容结束，谢谢！ $