一. 教学内容:
第一节 匀速圆周运动
第二节 向心力、向心加速度
细解知识点:
一、匀速圆周运动
1. 匀速圆周运动:相等的时间内通过的圆弧长度都相等的圆周运动。
2. 描述圆周运动的物理量:
(1)线速度的定义:线速度的大小(即线速率)为做圆周运动的物体通过的弧长跟所用时间的比值,物体在圆弧上各个点处线速度的方向为圆弧上该点的切线方向。
(2)讨论:
a:分析:物体在做匀速圆周运动时,运动的时间t增大几倍,通过的弧长也增大几倍,所以对于某一匀速圆周运动而言,s与t的比值越大,物体运动得越快。
b:线速度
1)线速度是物体做匀速圆周运动的瞬时速度。
2)线速度是矢量,它既有大小,也有方向。
3)线速度的大小
。4)线速度的方向
在圆周各点的切线方向上。结论:匀速圆周运动是一种非匀速运动,因为线速度的方向在时刻改变。
(3)角速度ω的定义:
做圆周运动的物体与圆心的连线(即半径)转过的圆心角角度跟所用时间的比值。
(4)讨论:
1)角速度是表示角度改变快慢的物理量
2)角速度计算公式为:ω=φ/t
3)角速度的单位是 rad/s
4)对某一确定的匀速圆周运动而言,角速度
是恒定的(5)周期、频率和转速
1)周期T:沿圆周运动一周所用的时间。
2)频率f:单位时间内运动重复的次数。
3)转速:单位时间内转动的圈数。
(6)几个物理量间的关系
1)当v一定时,
与r成反比2)当
一定时,v与r成正比3)当r一定时,v与
成正比二、向心力 向心加速度
1. 向心力概念的建立
引例:在光滑水平桌面上,做演示实验
一个小球,拴住绳的一端,绳的另一端固定于桌上,原来细绳处于松驰状态,现在用手轻击小球,使小球做匀速圆周运动。试讨论:绳绷紧后,小球为何做匀速圆周运动?小球此时受到哪些力的作用?合外力是哪个力?这个力的方向有什么特点?这个力起什么作用?
结论:
a:做匀速圆周运动的物体受到一个指向圆心的合力的作用,这个力叫向心力。
b:向心力指向圆心,方向不断变化。
c:向心力的作用效果?D?D只改变运动物体的速度方向,不改变速度大小。
2. 向心力的大小探究
(1)向心力的大小与物体质量m、圆周半径r和角速度
都有关系,且给出公式:F=mr 2(说明该公式的得到方法?D?D控制变量法、定量测数据)(2)学生据
推导向心力的另一表达式4. 说明的几个问题:
(1)由于a向的方向时刻在变,所以匀速圆周运动是瞬时加速度的方向不断改变的变加速运动。
(2)做匀速圆周运动的物体,向心力是一个效果力,方向总指向圆心,是一个变力。
(3)做匀速圆周运动的物体受到的合外力就是向心力。
(4)当ω是常量时,向心加速度大小与半径成正比;当ν为常量时,向心加速度大小与半径成反比。
【典型例题】
例1. 如下图,小物体A与圆盘保持相对静止,跟着圆盘一起做匀速圆周运动,则A物体的受力情况是( )
A. 受重力、支持力
B. 受重力、支持力和指向圆心的摩擦力
C. 受重力、支持力、向心力、摩擦力
D. 以上均不正确
解析:物体A在水平台上,其受重力和盘所产生的向上的支持力是一对平衡力,另外还受到一个向心力的作用才能做圆周运动,这个向心力实际上是摩擦力。所以A错,B正确。因为这个摩擦力就是向心力而不是两个力,所以C错。D因为B的正确而错误例2. 如图所示,一圆盘可绕一通过圆盘中心O且垂直于盘面的竖直轴转动,在圆盘上放置一个木块,当圆盘匀角速转动时,木块随圆盘一起运动,那么( )
A. 木块受到圆盘对它的摩擦力,方向背离圆盘中心
B. 木块受到圆盘对它的摩擦力,方向指向圆盘中心
C. 因为木块随圆盘一起运动,所以木块受到圆盘对它的摩擦力,方向与木块的运动方向相同
D. 因为摩擦力总是阻碍物体的运动,所以木块所受到圆盘对它的摩擦力的方向与木块的运动方向相反
解析:从静摩擦力总是阻碍物体间的相对运动的趋势来分析:由于圆盘转动时,以转动的圆盘为参照物,物体的运动趋势是沿半径向外,背离圆心的,所以盘面对木块的静摩擦力方向沿半径指向圆心。 ,匀速圆周运动、向心力、向心加速度