2021年高中物理人教版（新教材）必修第二册课件：第6章 第1节 圆周运动.ppt

1、第六章第六章 圆周运动圆周运动 情 境 导 入 上一章我们学习了曲线运动，这一章我们再学习一种特殊的曲线运 动圆周运动。 圆周运动是我们日常生活中常见的一种运动形式，如地球环绕太阳 的运动，自行车车轮的转动，游乐场中的旋转摩天轮等，圆周运动 有什么特点？我们如何研究圆周运动的规律？ 这一章我们就来探究这些问题。 本 章 素 养 概 述 内 容 提 要 本章是曲线运动的延续，主要讲述了最简单的匀速圆周运动及其规 律。 本章内容可分为三个单元： 第一单元(第1节)：讲述了圆周运动的基本物理量线速度、角速 度、周期及其关系。 第二单元(第2节第3节)：探究了物体做圆周运动的条件，学习了 向心力与向心

2、加速度。 本 章 素 养 概 述 第三单元(第4节)：用圆周运动的知识分析了火车转弯、汽车过拱 形桥及其离心运动。 本章的重点是圆周运动的基本知识及其规律，难点是能用牛顿第二 定律分析匀速圆周运动的向心力。 本 章 素 养 概 述 学 法 指 导 1要重视对物理规律的深入观察和体验，对物理课本中的“拓展” 学习，“做一做”“实验探究”等要亲身体验，学习小组间要经常 性地展开活动相互探讨。 2本章内容依据的规律是牛顿第二定律与圆周运动公式，因此正 确进行受力分析并选择合适的圆周运动公式是解决问题的关键，明 确圆心和半径也是解题的一个关键环节。 3对竖直平面内的圆周运动，要明确是“轻绳模型”还是“

3、轻杆 模型”，不同的模型所对应的临界条件是不同的，解题时要引起注 意。 本 章 素 养 概 述 第一节第一节 圆周运动圆周运动 目标体系构建目标体系构建 课前预习反馈课前预习反馈 课内互动探究课内互动探究 核心素养提升核心素养提升 课堂达标检测课堂达标检测 夯基提能作业夯基提能作业 目标体系构建目标体系构建 【学习目标】 1知道线速度、角速度、周期、转速等概念。 2掌握线速度、角速度的定义式和它们之间的关系式。 3会用描述匀速圆周运动的物理量分析问题。 【思维脉络】 课前预习反馈课前预习反馈 线速度 1圆周运动：运动轨迹为_或一段_的机械运动。 2线速度 (1)定义：物体运动的_与时间t之比。

4、 (2)定义式：v_ (3)方向：物体做圆周运动时该点的_方向。 (4)物理意义：表示物体在该点运动的_。 3匀速圆周运动：线速度_处处相等的圆周运动。因线速度的 方向在时刻变化，故匀速圆周运动是一种_运动。 知识点知识点 1 圆周圆周 圆弧圆弧 弧长弧长s s t 切线切线 快慢快慢 大小大小 变速变速 知识点知识点 2 角速度角速度 1物理意义：物理意义：描述做圆周运动的物体绕圆心描述做圆周运动的物体绕圆心_的快慢。的快慢。 2定义：定义：半径转过的半径转过的_与所用时间与所用时间 t 之比。之比。 3定义式：定义式： t 。 4单位：单位：在国际单位制中，角速度的单位是在国际单位制中，角

5、速度的单位是_，符号：，符号： _。 5匀速圆周运动角速度特点：匀速圆周运动角速度特点：角速度角速度_。 转动转动 角度角度 弧度每秒弧度每秒 rad/s 不变不变 周期 1周期 (1)定义：做匀速圆周运动的物体，运动_所用的时间。 (2)符号：用T表示。 (3)单位：国际单位制中，周期的单位是_，符号：_。 知识点知识点 3 一周一周 秒秒 s 2转速 (1)物理意义：描述物体做圆周运动的_。 (2)定义：物体转动的_与所用时间之比。 (3)符号：用n表示。 (4)单位：转每秒(r/s)，或转每分(r/min)。 快慢快慢 圈数圈数 线速度与角速度的关系 知识点知识点 4 (1)关系推导：由

6、关系推导：由 vs t， ， t ，s r ，可得：，可得：v_。 (2)在圆周运动中，线速度的大小等于角速度的大小与半径的在圆周运动中，线速度的大小等于角速度的大小与半径的 _。 r 乘积乘积 判一判 (1)匀速圆周运动是一种匀速运动。 ( ) (2)做匀速圆周运动的物体，相同时间内位移相同。 ( ) (3)物体运动的周期越短，转动得就越快。 ( ) (4)做匀速圆周运动的物体，其线速度不变。 ( ) (5)做匀速圆周运动的物体，其角速度不变。 ( ) (6)做匀速圆周运动的物体，转速越大，角速度越大。 ( ) 预习自测预习自测 选一选选一选 (多选多选)某老师某老师在做竖直面内圆周运动快慢

7、的实验在做竖直面内圆周运动快慢的实验 研究，并给运动小球拍了频闪照片，如图所示研究，并给运动小球拍了频闪照片，如图所示(小球相小球相 邻影像间的时间间隔相等邻影像间的时间间隔相等)， 小球在最高点和最低点的， 小球在最高点和最低点的 运动快慢比较，下列说法中正确的是运动快慢比较，下列说法中正确的是 ( ) A该小球所做的运动不是匀速圆周运动该小球所做的运动不是匀速圆周运动 B最高点附近小球相邻影像间弧长短，线速度小，运动较慢最高点附近小球相邻影像间弧长短，线速度小，运动较慢 C最低点附近小球相邻影像间圆心角大，角速度大，运动较快最低点附近小球相邻影像间圆心角大，角速度大，运动较快 D小球在相邻

8、影像间运动时间间隔相等，最高点与最低点运动一样小球在相邻影像间运动时间间隔相等，最高点与最低点运动一样 快快 ABC 解析：由所给频闪照片可知，在最高点附近，像间弧长较小，表明最高 点附近的线速度较小，运动较慢；在最低点附近，像间弧长较大，对应 相同时间内通过的圆心角较大，故角速度较大，运动较快，A、B、C选 项正确，D选项不正确。 想一想 拍苍蝇与物理有关。市场上出售的蝇拍(如图 所示)把长约30 cm，拍头长12 cm、宽10 cm， 这种拍的使用效果往往不好，拍未到，蝇已飞。 有人将拍把增长到60 cm，结果是打一个准一 个，你能解释其原因吗？ 答案：答案：苍蝇的反应很灵敏苍蝇的反应很灵

9、敏，只有拍头的速度足够大时才能击中只有拍头的速度足够大时才能击中，而而 人转动手腕的角速度是有限的人转动手腕的角速度是有限的。由由vr知知，当增大转动半径当增大转动半径(即拍把长即拍把长) 时时，如由如由30 cm增大到增大到60 cm，则拍头速度增大为原来的则拍头速度增大为原来的2倍倍，此时此时，苍蝇苍蝇 就难以逃生了就难以逃生了。 课内互动探究课内互动探究 描述圆周运动的物理量及其关系描述圆周运动的物理量及其关系 探究探究 一一 情境导入情境导入 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

10、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。 1匀速圆周运动的特点 (1)“变”与“不变” 描述匀速圆周运动的四个物理量中，角速度、周期和转速恒定不变，线 速度是变化的。 (2)性质 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

11、“匀速”是“匀速率”的意思，匀速圆周运动是变速运动。 要点提炼要点提炼 2匀速圆周运动的线速度、角速度、周期、频率、转速的比较 项目项目 内容内容 大小大小 国际单位国际单位 (符号符号) 各物理量各物理量 在图中示意在图中示意 联系联系 线速度线速度 vl t AB t 米每秒米每秒(m/s) 角速度角速度 t 弧度每秒弧度每秒 (rad/s) 频率频率 f 1 T 赫兹赫兹(Hz) 周期周期 T2 2r v 秒秒(s) 转速转速 nf 2 转每秒转每秒(r/s) 都是描述匀速都是描述匀速 圆周运动快慢圆周运动快慢 的物理量，的物理量，v 2r T r 2rf2nr 特别提醒特别提醒 (1)

12、v、r 间的关系为瞬时对应关系。间的关系为瞬时对应关系。 (2)讨论讨论 v、r 三者关系时，先确保一个量不变，再确定另外两个三者关系时，先确保一个量不变，再确定另外两个 量间的正、反比关系。量间的正、反比关系。 (3)公式公式 vr 适用于所有的圆周运动； 关系式适用于所有的圆周运动； 关系式 T1 f 适用于所有具有适用于所有具有 周期性运动的情况。周期性运动的情况。 如图所示，由于地球自转，地球上的一切 物体都随地球一起转动，现有A、B两人，A在赤道上， B在北纬60处，A、B两人的角速度、线速度分别是 多少？(地球半径R6 400 km) 典例剖析典例剖析 典例典例 1 思路引导：思路

13、引导：确定物体的角速度和线速度的大小确定物体的角速度和线速度的大小，首先应确定物体做首先应确定物体做 匀速圆周运动的圆心匀速圆周运动的圆心、半径半径、运动的平面及轨迹运动的平面及轨迹，然后找到各物理量之然后找到各物理量之 间的相互关系间的相互关系。 解析：解析：A、B 两人随地球自转，做圆周运动的周期相同，均等于地球两人随地球自转，做圆周运动的周期相同，均等于地球 自自转的周期，但两人做圆周运动的圆周、圆心的位置及轨道半径不同。转的周期，但两人做圆周运动的圆周、圆心的位置及轨道半径不同。 A、B 两人的角速度相等，均等于地球的自转角速度。两人的角速度相等，均等于地球的自转角速度。 AB2 T

14、2 243 600 rad/s 7.3 10 5 rad/s 由由 vr 得得 vARAARA6.41067.310 5m/s 467.2 m/s vB RBBRcos60 B6.4106cos60 7.310 5m/s 233.6 m/s 答案：AB7.3105rad/s vA467.2 m/s vB233.6 m/s 对点训练对点训练 1做匀速圆周运动的同学，10 s内沿半径为20 m的圆周运动了50 m，试 求该同学做匀速圆周运动时： (1)线速度的大小； (2)角速度的大小； (3)周期的大小。 答案：(1)5 m/s (2)0.25 rad/s (3)8 s 解析：解析：(1)由线速

15、度的定义式由线速度的定义式 vs t得 得 vs t 50 10 m/s 5 m/s。 (2)由由 vr 得得 v r 5 20 rad/s 0.25 rad/s。 (3)由由 2 T 得得 T2 2 0.25 s 8 s。 常见的三种传动装置及其特点常见的三种传动装置及其特点 探究探究 二二 情境导入情境导入 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，其边缘的线速度大小是否相同？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

16、度大小相同，角速度不同，转速不同。 三种传动装置及其特点 要点提炼要点提炼 同轴传动同轴传动 皮带传动皮带传动 齿轮传动齿轮传动 装置装置 A、B 两点在同轴两点在同轴 的一个圆盘上的一个圆盘上 两 个 轮 子 用 皮 带 连两 个 轮 子 用 皮 带 连 接，接，A、B 两点分别是两点分别是 两个轮子边缘的点两个轮子边缘的点 两个齿轮轮齿啮合，两个齿轮轮齿啮合， A、 B 两点分别是两个两点分别是两个 齿轮边缘上的点齿轮边缘上的点 同轴传动同轴传动 皮带传动皮带传动 齿轮传动齿轮传动 特点特点 角速度、周期相同角速度、周期相同 线速度大小相同线速度大小相同 线速度大小相同线速度大小相同 转动

17、转动 方向方向 相同相同 相同相同 相反相反 规律规律 线速度与半径成正线速度与半径成正 比：比：v A vB r R 角 速 度 与 半 径 成 反角 速 度 与 半 径 成 反 比：比： A B r R。周期与半 。周期与半 径成正比：径成正比：TA TB R r 角速度与半径成反角速度与半径成反 比：比： A B r2 r1。周期与 。周期与 半径成正比：半径成正比：TA TB r1 r2 在处理传动装置中各物理量间的关系时，关键是确定其相同的量(线速 度或角速度)，再由描述圆周运动的各物理量间的关系，确定其他各量 间的关系。 特别提醒特别提醒 (2020河南省洛阳市高一下学期检测)如图

18、所示为一皮带传动装 置，右轮的半径为r，a是它边缘的上一点，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，到小轮中心的距离为r，c点和d 点分别位于小轮和大轮的边缘上，若在转动过程中，皮带不打滑，则 ( ) 典例剖析典例剖析 典例典例 2 C Aa点与b点的线速度大小相等 Ba点与b点的角速度大小相等 Ca点与c点的线速度大小相等 Da点与d点的线速度大小相等 思路引导：在分析传动装置中各物理量间的关系时，要牢记下面的两个 关系：(1)靠皮带、齿轮或摩擦传动的轮子，在不打滑的情况下，轮子边 缘上各点的线速度大小相等，角速度则与半径成反比；(2)同一轮子或同 轴传动的轮子上各

19、点运动的角速度、转速n和周期T均相等，线速度则 与半径成正比。 解析：左、右两轮通过皮带传动，在皮带不打滑的前提下，a、c两点的 线速度大小相等，b、c、d三点的角速度大小相等，即vavc，bc d 由vr可得：vbr，vc2r，vd4r 显然vdvcvb，则vdvavb 又vara，vbrb， 则ab，A、B、D三项错误，C项正确。 对点训练对点训练 2(多选)明代出版的天工开物一书中就有牛力齿轮翻车的图画(如 图所示)，记录了我们祖先的劳动智慧，若A、B、C三齿轮半径的大小关 系如图(rArBrC)，则 ( ) A线速度vAvBvC B线速度vA vB vC C角速度AC AC 解析：齿轮

20、A与齿轮B是同缘传动，边缘点线速度大小相等，故vAvB， 因为半径关系为rArB，根据公式vr可知，A的角速度小于B的角速度， 即AB; B与C是同轴传动，角速度相等，即CB，所以角速度关系 为：ABC，故C正确，D错误；B、C两轮角速度相等。根据公式v r可知，半径比较大的齿轮B比C边缘的线速度大，即vCvB，结合以 上可得：vCvBvA，故A正确，B错误。 核心素养提升核心素养提升 易错点：线速度和角速度之间关系不明确而出错易错点：线速度和角速度之间关系不明确而出错 关于做匀速圆周运动的物体的线速度、角速度、周期的关系， 下面说法中正确的是 ( ) A线速度大的角速度一定大 B线速度大的周

21、期一定小 C角速度大的运动半径一定小 D角速度大的周期一定小 易错分析：认为线速度和角速度都是描述做匀速圆周运动快慢的物理量， 想当然地认为线速度大时，角速度一定大。而误选A。 案案 例例 D 正确解答：正确解答： 线速线速度、 角速度、 周期、 转速之间关系是：度、 角速度、 周期、 转速之间关系是： vr， 2 T ， T1 n， ，2n，可知只有角速度跟周期成反比，转速跟周期成正比，角，可知只有角速度跟周期成反比，转速跟周期成正比，角 速度跟转速成正比，故速度跟转速成正比，故 D 正确。正确。 素养警示 在讨论线速度、角速度、周期、转速(包括后面的向心加速度、向心力) 时，必须注意物理量之间的可变参数是否一定。这是讨论这些量之间关 系的关键要素。