匀速圆周运动知识点复习
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高中物理知识点:匀速圆周运动公式汇编高中物理知识点:匀速圆周运动公式汇编
【】复习的重点一是要掌握所有的知识点,二就是要大量的做题,查字典物理网的编辑就为各位考生带来了高中物理知识点:匀速圆周运动公式汇编
1.线速度V=s/t=2r/T
2.角速度=/t=2f
3.向心加速度a=V2/r=2r=(2/T)2r
4.向心力F心=mV2/r=m2r=mr(2/T)2=mv=F合
5.周期与频率:T=1/f
6.角速度与线速度的关系:V=r
7.角速度与转速的关系:=2n(此处频率与转速意义相同)
8.主要物理量及单位:弧长(s):米(m);角度():弧度(rad);频率
(f):赫(Hz);周期(T):秒(s);转速(n):r/s;半径(r):米(m);线速度(V):m/s;角速度():rad/s;向心加速度:m/s2。
注:
(1)向心力可以由某个具体力提供,也可以由合力提供,还可以由分力提供,方向始终与速度方向垂直,指向圆心; (2)做匀速圆周运动的物体,其向心力等于合力,并且向心力只改变速度的方向,不改变速度的大小,因此物体的动能保持不变,向心力不做功,但动量不断改变。
以上就是查字典物理网高中频道为您整理的高中物理知识
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第四章《匀速圆周运动》单元复习高一()班姓名号数一.匀速圆周运动快慢的描述1、圆周运动:把运动轨迹为或的运动称为圆周运动;2、匀速圆周运动:在任意时间内通过的都相等的圆周运动;3、线速度:(1)描述物体做圆周运动的快慢;(2)线速度公式:单位:;(3)是否为矢量?若为矢量,方向如何?;4、角速度(1)描述物体做圆周运动时绕圆心的快慢;(2)角速度公式:,单位:;5、周期(1)周期性运动:物体每隔一段的时间就原来的运动;(2)周期:把周期性运动每所需要的时间叫周期;(3)周期(物理量)的符号,常用单位:;6、频率(1)在内周期性重复的叫频率;(2)频率的符号,单位;(3)频率与周期的关系:;7、转速(1)转速是内转动的圈数(round);(2)转速常用单位有和;8、本节所涉及物理量有线速度v、角速度w、弧长s、圆心角 (以弧度为单位)、半径r、r/为单位);请作出小结并写出各物理量间的关联式;周期T、频率f,转速n(以s9、模型考察①、皮带传送、链条带动、齿轮带动、摩擦传动(边缘线速度大小相等)②、同一个圆上、同轴转动的圆(角速度相等)二、向心力与向心加速度1、做圆周运动的物体一定受到一个始终指向 的力,这个力叫做 ;2、向心力是按效果命名的,不是一个真实的力,在受力分析是, (“能”或“不能”)回答说物体受到一个向心力;向心力的提供可能是弹力、可能是重力,可能是几个力的 ,也可能是某个力的 。
3、做圆周运动的特例:匀速圆周运动,其向心力有 提供;4、向心力的大小与 、 、 有关;5、向心力大小计算公式6、力是产生加速度的原因,做圆周运动的物体既然有指向圆心的力提供向心力,必产生指向圆心的加速度,称为 ;7、根据牛顿第二定律=a ;故向心加速度=a 。
三、向心力的实例分析【一】水平方向圆周运动(转弯问题)1、汽车在水平路面转弯(1)汽车转弯所需的向心力由 提供。
(2)动力学方程为:2、火车、汽车在外高内低面内转弯(1)拐弯时所需的向心力由 提供。
物理必修二圆周运动知识点总结一、圆周运动的基本概念定义:质点以某点为圆心,半径为r在圆周上运动,其轨迹是圆周或圆弧的运动称为圆周运动。
圆周运动是曲线运动的一种,因此它一定是变速运动。
分类:圆周运动可分为匀速圆周运动和变速圆周运动。
匀速圆周运动指的是线速度大小处处相等的圆周运动,尽管线速度大小不变,但由于方向时刻改变,因此匀速圆周运动仍然是变速运动。
二、描述圆周运动的物理量线速度:描述质点沿圆周运动的快慢的物理量,其方向是质点在圆周上某点的切线方向。
在匀速圆周运动中,线速度大小不变,但方向时刻改变。
角速度:描述质点绕圆心转动的快慢的物理量,是矢量,其方向用右手螺旋定则确定。
在匀速圆周运动中,角速度大小和方向都不变。
周期和频率:周期是质点完成一次圆周运动所需的时间,频率是周期的倒数,表示单位时间内完成圆周运动的次数。
在匀速圆周运动中,周期和频率都不变。
向心力:使质点沿圆周运动的力,方向始终指向圆心。
向心力的大小与线速度、角速度和半径有关,其作用是改变质点的速度方向,使质点能够持续沿圆周运动。
三、圆周运动的规律和应用牛顿第二定律在圆周运动中的应用:通过向心力表达式,可以推导出圆周运动的线速度、角速度、周期等物理量之间的关系。
圆周运动在日常生活和科技领域中的应用:例如电动机转子、车轮、皮带轮等的运动都是圆周运动。
此外,人造卫星、行星运动等天体运动也可以视为圆周运动。
四、离心运动做圆周运动的物体,由于惯性,总有沿着切线方向飞去的倾向。
一旦受力突然消失或合力不足以提供所需的向心力时,物体就会做离心运动。
以上是物理必修二中关于圆周运动的主要知识点总结。
这些知识点是理解和分析圆周运动的基础,对于后续学习物理的其他部分以及应用物理知识解决实际问题具有重要意义。
一、匀速圆周运动的基本概念:1、匀速圆周运动的定义质点沿圆周运动,如果在相等的时间里通过的圆弧长度相等,这种运动叫做匀速圆周运动。
2、描述匀速圆周运动快慢的物理量(1)线速度v①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s和所用时间t的比值叫做线速度。
③大小:,单位:④方向:质点在圆周某点的线速度方向沿圆周上该点的切线方向。
由于质点做匀速圆周运动时的速度方向不断发生变化,所以匀速圆周运动是一种变速运动。
(2)角速度①物理意义:描述质点转过圆心角的快慢。
②定义:在匀速圆周运动中,连接运动质点和圆心的半径转过的角度跟所用时间的比值,就是质点运动的角速度。
③大小:单位:。
④匀速圆周运动是角速度不变的圆周运动。
(3)周期T和频率f①物理意义:周期和频率都是描述物体做圆周运动快慢的物理量。
②定义:做圆周运动的物体运动一周所用的时间叫做周期。
用T表示,单位:s。
做圆周运动的物体在单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数叫做频率。
用f表示,单位:Hz。
在国际单位制中是,在一些实际问题中常用的是每分钟多少转,用n表示,转速的单位为转每秒,即。
3、线速度、角速度、周期之间的关系(1)线速度和角速度间的关系如果物体沿半径为r的圆周做匀速圆周运动,在时间t 内通过的弧长是s,半径转过的角度是,由数学知识知,于是有,即。
上式表明:①当半径相同时,线速度大的角速度也大,角速度大的线速度也大,且成正比。
如图(a)所示。
②当角速度相同时,半径大的线速度大,且成正比。
如图(b)所示。
③当线速度相同时,半径大的角速度小,半径小的角速度大,且成反比。
如图(c)、(d)所示。
(2)线速度与周期的关系由于做匀速圆周运动的物体,在一个周期内通过的弧长为,所以有。
上式表明,只有当半径相同时,周期小的线速度大;当半径不同时,周期小的线速度不一定大,所以周期与线速度描述的快慢是不一样的。
(3)角速度与周期的关系由于做匀速圆周运动的物体,在一个周期内半径转过的角度为,则有。
匀速圆周运动(1)匀速圆周运动定义:任意相等时间内通过的弧长都相等的圆周运动—理想化模型。
(2)特征物理量:为了描述匀速圆周运动的快慢引入的物理量1. 线速度(矢量):描述质点做圆周运动的快慢:(1)(比值法定义)单位—m/s(2)方向:圆周轨迹的切线方向2. 角速度(矢量):描述质点绕圆周运动的快慢(1)(比值法定义)单位—rad/s(2)方向:右手螺旋定则3. 周期T(s):做圆周运动的物体运动一周所用的时间叫周期。
4. 频率:作圆周运动的物体单位时间内,沿圆周绕圆心转动的圈数转速n(r/s或r/min):当单位时间取秒时,转速n与频率f在数值上相等关系:T=1/n4.关系:判断:根据,v与R成正比(F)(3)匀速圆周运动的条件引入:物体做曲线运动的条件:切向力改变速度大小,法向力改变速度方向。
1.条件:(1)初速度;(2)2. 说明:(1)向心力:效果力——只改变速度方向,不改变速度大小,由实际受的性质力提供。
变力——方向始终指向圆心(2)向心力产生的加速度叫做向心加速度,方向指向圆心;向心加速度描述速度方向变化的快慢(四)圆周运动的应用:(1)火车转弯:火车弯道处外轨略高于内轨,火车所受的力和力的合力提供向心力。
(2)汽车过拱桥:汽车在受到的力和力的合力提供向心力。
(3)物体做离心运动的原因是:。
(五)、竖直面内圆周运动的临界问题(1)轻杆的一端连着一个小球在竖直平面内做圆周运动,小球通过最高点时,轻杆对小球产生弹力的情况:. 小球能通过最高点的临界条件:,(为支持力). 当时,有(为支持力)杆当时,有()当时,有(为拉力)(2)没有物体支持的小球(轻绳模型),在竖直平面作圆周运动通过最高点的临界条件:绳子和轨道对小球刚好没有力的作用试对右图的两种情境下球在最高点时进行受力分析,得出v临界=v>v临界时,球能过最高点,绳对球产生力、轨道对球产生力v<v临界时,球不能过最高点(实际上球还未滑到最高点就脱离了轨道).例1、小球在半径为的光滑半球内做水平面内的匀速圆周运动,试分析图中(小球与半球球心连线跟竖直方向的夹角)与线速度,周期的关系。
【知识点】高中物理圆周运动及向心力知识点总结一、匀速圆周运动1.定义:物体的运动轨迹是圆的运动叫做圆周运动,物体运动的线速度大小不变的圆周运动即为匀速圆周运动。
2.特点:①轨迹是圆;②线速度、加速度均大小不变,方向不断改变,故属于加速度改变的变速曲线运动,匀速圆周运动的角速度恒定;③匀速圆周运动发生条件是质点受到大小不变、方向始终与速度方向垂直的合外力;④匀速圆周运动的运动状态周而复始地出现,匀速圆周运动具有周期性。
3.描述圆周运动的物理量:(1)线速度v是描述质点沿圆周运动快慢的物理量,是矢量;其方向沿轨迹切线,国际单位制中单位符号是m/s,匀速圆周运动中,v的大小不变,方向却一直在变;(2)角速度ω是描述质点绕圆心转动快慢的物理量,是矢量;国际单位符号是rad/s;(3)周期T是质点沿圆周运动一周所用时间,在国际单位制中单位符号是s;(4)频率f是质点在单位时间内完成一个完整圆周运动的次数,在国际单位制中单位符号是Hz;(5)转速n是质点在单位时间内转过的圈数,单位符号为r/s,以及r/min.4.各运动参量之间的转换关系:模型一:共轴传动模型二:皮带传动模型三:齿轮传动二、向心加速度1.定义:任何做匀速圆周运动的物体的加速度都指向圆心,这个加速度叫向心加速度。
注:并不是任何情况下,向心加速度的方向都是指向圆心。
当物体做变速圆周运动时,向心加速度的一个分加速度指向圆心。
2.方向:在匀速圆周运动中,始终指向圆心,始终与线速度的方向垂直。
向心加速度只改变线速度的方向而非大小。
3.意义:描述圆周运动速度方向方向改变快慢的物理量。
4.公式:5.两个函数图像:三、向心力1.定义:做圆周运动的物体所受到的沿着半径指向圆心的合力,叫做向心力。
2.方向:总是指向圆心。
3.公式:4.注意:①向心力的方向总是指向圆心,它的方向时刻在变化,虽然它的大小不变,但是向心力也是变力。
②在受力分析时,只分析性质力,而不分析效果力,因此在受力分析是,不要加上向心力。
匀速圆周运动的特点和计算匀速圆周运动是指物体在圆周路径上以恒定速度运动的现象。
它具有以下特点:1.速度大小恒定:在匀速圆周运动中,物体沿圆周路径的速度大小保持不变。
2.速度方向变化:虽然速度大小不变,但物体在圆周路径上运动时,速度方向不断变化,始终指向圆心。
3.向心加速度:匀速圆周运动中,物体受到一个指向圆心的向心加速度,其大小为a=v²/r,其中v为速度大小,r为圆周半径。
4.向心力:向心加速度是由向心力引起的,其大小为F=m*a,其中m为物体的质量。
5.周期性:匀速圆周运动的物体每隔一定时间会回到起点,这个时间称为周期,用T表示。
6.角速度:匀速圆周运动的物体在单位时间内转过的角度称为角速度,用ω表示。
其大小为ω=2π/T。
匀速圆周运动的计算公式如下:1.线速度v与角速度ω、半径r的关系:v=ω*r。
2.向心加速度a与速度v、半径r的关系:a=v²/r。
3.向心力F与质量m、向心加速度a的关系:F=m*a。
4.周期T与角速度ω的关系:T=2π/ω。
5.角速度ω与频率f的关系:ω=2π*f,其中频率f是单位时间内圆周运动的次数。
以上是匀速圆周运动的特点和计算方法的详细介绍,希望能对您有所帮助。
习题及方法:一辆自行车以6m/s的速度在圆形路径上匀速运动,圆形路径的半径为6m,求自行车的向心加速度和向心力。
根据向心加速度公式a=v²/r,将速度v=6m/s和半径r=6m代入,得到向心加速度a=6²/6=6m/s²。
根据向心力公式F=m a,需要知道自行车的质量m,假设自行车质量为m=10kg,将向心加速度a=6m/s²和质量m=10kg代入,得到向心力F=106=60N。
一个物体在半径为5m的圆形路径上做匀速圆周运动,角速度为ω=4π/s,求物体的线速度和周期。
根据线速度公式v=ωr,将角速度ω=4π/s和半径r=5m代入,得到线速度v=4π5=20πm/s。
匀速圆周运动知识归纳圆周运动是高中物体中一种常见的运动,也是高中物理的一个重要知识点.以下就这部分内容需要重点掌握的知识进行归纳.一.知识整理1.匀速圆周运动的定义:质点沿圆周运动,如果在相等的时间里通过的圆弧长度相等,这种运动就叫做匀速圆周运动.2.描述匀速圆周运动的物理量(1)线速度:v s t=(s 是物体在时间t 内通过的圆弧长),方向沿圆弧上该点处的切线方向,它是描述物体做匀速圆周运动快慢的物理量.(2)角速度:ωθθ=t(是物体在时间t 内绕圆心转过的角度),单位是弧度每秒,符号是rad/s ,它是描述物体做匀速圆周运动快慢的物理量.(3)周期T 和频率f :做匀速圆周运动的物体运动一周所用的时间叫周期,周期的倒数叫频率.转速是指做匀速圆周运动的物体每秒转过的圈数,用n 表示,单位是转每秒,符号是r/s .它们都是描述物体做匀速圆周运动快慢的物理量.(4)线速度、角速度、周期和频率以及转速间的关系:①v r r Trf rn ====ωπππ222②ωπππ===222T f n ③T f n ==11.(5)向心加速度:描述线速度方向变化快慢的物理量.大小:a v r r r Tf r n r n =====22222222444ωπππ方向:总是沿着半径指向圆心,所以方向时刻在变化,是一个变的加速度.(6)向心力大小:F ma mv r m r rm Tf rm n rm n n ======22222222444ωπππ方向:总是沿着半径指向圆心,所以时刻在变化,向心力是一个变力.3.匀速圆周运动的特点:线速度大小恒定,角速度、周期和频率及转速都是恒定不变的,向心力和向心加速度的大小也都是恒定不变的,但线速度、向心力和向心加速度的方向都时刻在变化.所以匀速圆周运动是一种变加速曲线运动.4.物体做匀速圆周运动的条件:合外力的大小不变,方向始终与速度方向垂直且指向圆心.即合外力提供向心力,且时刻等于向心力时,物体就做匀速圆周运动.做圆周运动的物体,若实际提供的向心力小于它所需的向心力时,物体将逐渐远离圆心,做离心运动.做圆周运动的物体,若实际提供的向心力大于它所需的向心力时,物体将逐渐向圆心运动,做逐渐靠近圆心的运动.5.向心力的来源:在匀速圆周运动中,向心力是由物体受到的合外力来提供,且与合外力相等.在非匀速圆周运动中,向心力是由物体受到的合外力在指向圆心方向的分力来提供,且与合外力的这个分力相等,而这个分力只改变物体的速度方向;合外力在切线方向上的另一个分力改变了物体的速度大小.二.典型例题赏析例:如图所示,一个内壁光滑的圆锥筒的轴线垂直于水平面,圆锥筒固定不动,两个质量相同的小球A 和B 紧贴着内壁分别在图中所示的水平面内做匀速圆周运动,则()A.球A 的线速度必定大于球B 的线速度B.球A 的角速度必定小于球B 的角速度C.球A 的运动周期必定小于球B 的运动周期D.球A 对筒壁的压力必定大于球B 对筒壁的压力解析:对A 、B 球进行受力分析可知,A 、B 两球受力一样,它们均受重力mg 和支持力N ,则重力和支持力的合力提供向心力,受力图如图3所示.则可知筒壁对小球的弹力N mg =sin θ,而重力和弹力的合力F mgctg =θ,由牛顿第二定律可得:mgctg mr m v r m r T θωπ===22224.则可得:ωθθπθθ====gctg r v grctg T r gctg N mg ,,,2sin 由于A 球运动的半径大于B 球运动的半径,由ωθ=gctg r 可知球A 的角速度必定小于球B 的角速度;由v grctg =θ可知球A 的线速度必定大于球B 的线速度;由T r gctg =2πθ可知球A 的运动周期必定大于球B 的运动周期;由N mg =sin θ可知球A 对筒壁的压力一定等于球B 对筒壁的压力.故正确的答案为A 、B .。
11 圆周运动1.两种传动方式(1)皮带传动(摩擦传动、齿轮传动):两轮边缘线速度大小相等. (2)同轴转动:轮上各点角速度相等. 2.匀速圆周运动(1)常见模型:物体随水平平台转动、火车或汽车转弯、圆锥摆模型、天体的运动、带电粒子在匀强磁场中的运动等.(2)向心力:由合外力提供,只改变速度的方向,不改变速度的大小. (3)动力学规律:F 向=ma =m v 2r =mrω2=mr 4π2T 2=mr 4π2n 2=mωv .3.竖直平面内的非匀速圆周运动(1)轻绳(圆轨道内侧)模型:物体能做完整圆周运动的条件是在最高点F +mg =m v 2R ≥mg ,即v ≥gR ,物体在最高点的最小速度(临界速度)为gR .(2)拱形桥模型:在最高点有mg -F =m v 2R <mg ,即v <gR ;在最高点,当v ≥gR 时,物体将离开桥面做平抛运动.(3)细杆(管形轨道)模型:在最高点的临界条件是v =0,当0<v <gR 时物体受到的弹力向上;当v >gR 时物体受到的弹力向下;当v =gR 时物体受到的弹力为零. (4)常利用动能定理来建立最高点和最低点的速度联系.1.两类临界问题(1)与摩擦力有关的临界极值图1由摩擦力及其他力的合力提供向心力,发生相对滑动的临界条件是静摩擦力达到最大值,如图1,小物体随倾斜圆盘匀速转动的最大角速度,就是在最下端时摩擦力达到最大静摩擦力,由μmg cos 30°-mg sin 30°=mω2r ,可求得ω的最大值. (2)与弹力有关的临界极值压力、支持力的临界条件是物体间的弹力恰好为零;绳上拉力的临界条件是绳恰好拉直且无弹力或绳上拉力恰好为最大承受力. 2.两个结论(1)如图2,在同一水平面上做匀速圆周运动(圆锥摆)的两个小球,由mg tan θ=mω2h tan θ,知角速度(周期)相同.图2(2)如图3,小球能沿粗糙半圆周从P 经最低点Q 到R ,由于机械能的损失,在前半程的速度(摩擦力)总是大于后半程等高处的速度(摩擦力),P 到Q 克服摩擦力所做的功大于Q 到R 克服摩擦力所做的功.图3示例1 (描述圆周运动的物理量)(多选)(2019·江苏卷·6)如图4所示,摩天轮悬挂的座舱在竖直平面内做匀速圆周运动.座舱的质量为m ,运动半径为R ,角速度大小为ω,重力加速度为g ,则座舱( )图4A .运动周期为2πR ωB .线速度的大小为ωRC .受摩天轮作用力的大小始终为mgD .所受合力的大小始终为mω2R答案 BD解析 由题意可知座舱运动周期为T =2πω,线速度为v =ωR ,受到的合力为F =mω2R ,选项B 、D 正确,A 错误;座舱的重力为mg ,座舱做匀速圆周运动受到的向心力(即合力)大小不变,方向时刻变化,故座舱受摩天轮的作用力大小时刻在改变,选项C 错误.示例2 (水平面内圆周运动的临界问题)(多选)(2014·全国卷Ⅰ·20)如图5所示,两个质量均为m 的小木块a 和b (可视为质点)放在水平圆盘上,a 与转轴OO ′的距离为l ,b 与转轴的距离为2l ,木块与圆盘的最大静摩擦力为木块所受重力的k 倍,重力加速度大小为g .若圆盘从静止开始绕转轴缓慢地加速转动,用ω表示圆盘转动的角速度,下列说法正确的是( )图5A .b 一定比a 先开始滑动B .a 、b 所受的摩擦力始终相等C .ω=kg2l是b 开始滑动的临界角速度 D .当ω=2kg3l时,a 所受摩擦力的大小为kmg 答案 AC解析 小木块a 、b 做圆周运动时,由静摩擦力提供向心力,即F f =mω2R .当角速度增加时,静摩擦力增大,当增大到最大静摩擦力时,发生相对滑动,对木块a :F f a =mωa 2l ,当F f a =kmg 时,kmg =mωa 2l ,ωa =kgl;对木块b :F f b =mωb 2·2l ,当F f b =kmg 时,kmg =mωb 2·2l ,ωb =kg2l,所以b 先达到最大静摩擦力,选项A 正确;两木块滑动前转动的角速度相同,则F f a =mω2l ,F f b =mω2·2l ,F f a <F f b ,选项B 错误;当ω=kg2l时b 刚开始滑动,选项C 正确;当ω=2kg 3l 时,a 没有滑动,则F f a =mω2l =23kmg ,选项D 错误. 示例3 (竖直面内的圆周运动)(2020·全国卷Ⅰ·16)如图6,一同学表演荡秋千.已知秋千的两根绳长均为10 m ,该同学和秋千踏板的总质量约为50 kg.绳的质量忽略不计.当该同学荡到秋千支架的正下方时,速度大小为8 m/s ,此时每根绳子平均承受的拉力约为( )图6A .200 NB .400 NC .600 ND .800 N答案 B解析 取该同学与踏板为研究对象,到达最低点时,受力如图所示,设每根绳子中的平均拉力为F .由牛顿第二定律知:2F -mg =m v 2r ,代入数据得F =405 N ,故每根绳子平均承受的拉力约为405 N ,选项B 正确.示例4 (拋体与圆周的结合)(2018·全国卷Ⅲ·25改编)如图7所示,在竖直平面内,一半径为R 的光滑圆弧轨道ABC 和水平轨道P A 在A 点相切,BC 为圆弧轨道的直径,O 为圆心,OA 和OB 之间的夹角为α,sin α=35.一质量为m 的小球沿水平轨道向右运动,经A 点沿圆弧轨道通过C 点,落至水平轨道;在整个过程中,除受到重力及轨道作用力外,小球还一直受到一水平恒力的作用.已知小球在C 点所受合力的方向指向圆心,且此时小球对轨道的压力恰好为零.重力加速度大小为g .求:图7(1)水平恒力的大小和小球到达C 点时速度的大小; (2)小球从C 点落至水平轨道所用的时间. 答案 (1)34mg5gR 2 (2)355Rg解析 (1)设水平恒力的大小为F 0,小球到达C 点时所受合力的大小为F .由力的合成法则有F 0mg=tan α① F 2=(mg )2+F 02②设小球到达C 点时的速度大小为v ,由牛顿第二定律得 F =m v 2R③由①②③式和题给数据得F 0=34mg ④v =5gR2⑤ (2)小球离开C 点后在竖直方向上做初速度不为零的匀加速运动,加速度大小为g .设小球在竖直方向的初速度为v ⊥,从C 点落至水平轨道上所用时间为t .由运动学公式有v ⊥t +12gt 2=CD ○10 v ⊥=v sin α⑪又CD =R (1+cos α)⑫ 由⑤⑦⑩⑪⑫式和题给数据得 t =355R g。
高一物理《圆周运动》知识点总结一、线速度1.定义:物体做圆周运动,在一段很短的时间Δt 内,通过的弧长为Δs ,则Δs 与Δt 的比值叫作线速度的大小,公式:v =Δs Δt. 2.意义:描述做圆周运动的物体运动的快慢.3.方向:物体做圆周运动时该点的切线方向.4.匀速圆周运动(1)定义:物体沿着圆周运动,并且线速度的大小处处相等,这种运动叫作匀速圆周运动.(2)性质:匀速圆周运动的线速度方向是在时刻变化的,所以它是一种变速运动,这里的“匀速”是指速率不变.二、角速度1.定义:连接物体与圆心的半径转过的角Δθ与所用时间Δt 之比叫作角速度,公式:ω=ΔθΔt. 2.意义:描述做圆周运动的物体绕圆心转动的快慢.3.单位:弧度每秒,符号是rad/s ,在运算中角速度的单位可以写为s -1.4.匀速圆周运动是角速度不变的圆周运动.三、周期1.周期T :做匀速圆周运动的物体,运动一周所用的时间.单位:秒(s).2.转速n :物体转动的圈数与所用时间之比.单位:转每秒(r/s)或转每分(r/min).3.周期和转速的关系:T =1n(n 的单位为r/s 时). 四、线速度与角速度的关系1.在圆周运动中,线速度的大小等于角速度的大小与半径的乘积.2.公式:v =ωr .五、向心力的大小向心力的大小可以表示为F n =mω2r 或F n =m v 2r . 六、匀速圆周运动的加速度大小1.向心加速度公式a n =v 2r或a n =ω2r . 2.向心加速度的公式既适用于匀速圆周运动,也适用于非匀速圆周运动.七、变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点1.变速圆周运动的合力:变速圆周运动的合力产生两个方向的效果,如图所示.(1)跟圆周相切的分力F t:改变线速度的大小.(2)指向圆心的分力F n:改变线速度的方向.2.一般的曲线运动的处理方法(1)一般的曲线运动:运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动.(2)处理方法:可以把曲线分割为许多很短的小段,质点在每小段的运动都可以看作圆周运动的一部分,分析质点经过曲线上某位置的运动时,可以采用圆周运动的分析方法来处理.。
匀速圆周运动知识点复习
(一) 匀速圆周运动定义:任意相等时间内通过的弧长都相等的圆周运动—理想化模型。
(二) 特征物理量:为了描述匀速圆周运动的快慢引入的物理量
1. 线速度(矢量):(1)t s v /=(比值法定义)单位—m/s
(2) 方向:圆周轨迹的切线方向
2. 角速度(矢量):(1)t /ϕω=(比值法定义)单位—rad/s
(2) 方向:右手螺旋定则
3. 周期T(s)
转速n(r/s 或r/min):当单位时间取秒时,转速n 与频率f 在数值上相等
关系:T=1/n
4.关系:
R
v n T t ===
=ππϕω22 ωππR Rn T
R t s v ====22 判断:根据ωR v =,v 与R 成正比(F ) (三) 匀速圆周运动的条件
引入:物体做曲线运动的条件:切向力改变速度大小,法向力改变速度方向。
1. 条件:(1)初速度0v ;
(2)R n m R T m v m R v m mR F F v F 2222
22
44,ππωω⋅=⋅⋅=⋅====⊥向合合 2. 说明:
(1)向心力:效果力——只改变速度方向,不改变速度大小,由实际受的性质力提供。
变力——方向始终指向圆心
(2)向心力产生的加速度叫做向心加速度,方向指向圆心;向心加速度描述速度方向变化的快慢
R n R T v R v R a a v a 2222
22
44,ππωω⋅=⋅⋅=⋅====⊥向合合 (四) 匀速圆周运动的性质:变速、变加速曲线运动
(五) 匀速圆周运动问题的解题步骤
1. 选取研究对象,确定轨道平面和圆心位置
2. 受力分析,正交分解列方程
3. 求解。
(六) 典型问题:
1. 皮带传动与地球
2. 自行车问题
3. 周期运动
4. 气体分子速率的测定
5. 向心力实验
6. 车辆转弯和火车转弯问题
1: 火车转弯问题
(1)如图所示是轨道与火车的示意图:工字型铁轨固定在水泥基础上,火车的两轮都有轮缘,突出的轮缘一般起定位作用;
(2)若是平直轨道转弯,只能依靠外轨道对火车外轮缘的侧压力提供向心力,该侧压力的反作用力作用在铁轨上,长此以往会对铁轨造成极大的破坏作用,甚至会引起轨道变形,导致翻车事故;
(3)实际铁轨采用什么方法减小火车在转弯处对轨道的破坏作用呢?
分析:如图所示,实际铁轨在转弯处造得外轨高于内轨,即将外轨垫高,则轨道平面与水平面有一倾角α,火车转弯时,铁轨对火车的支持力N 的方向不再是竖直的,而是斜向轨道内侧,与重力的合力指向圆心,提供火车转往的向心力,满足
R
m v m g 20tan =θ,(R 是转弯处轨道半径) 所以θtan 0gR v =
(4)讨论:
当0v v =时,θtan mg 恰好提供所需向心力,轮缘对内外轨道均无压力;
当0v v >时,θtan mg 不足以提供所需向心力,需要外轨道对外轮轮缘施加一个侧压力,补充不足的向心力,此时火车轮缘对外轨道由侧压力;
当0v v <时,θtan mg 大于所需向心力,需要内轨道对内轮轮缘施加一个侧压力,此时火车轮缘对内轨道由侧压力;
由以上分析可知,为何在火车转弯处设有限速标志。
练习:火车转弯,为保证行车安全,外轨 内轨,若轨
道平面倾角为α,弯道半径为R ,火车安全行驶额定速率
0v = ;当0v v >, 轨受挤压;当0v v <, 轨
受挤压。
7. 车辆过桥: 22
⎪⎪⎩
⎪⎪⎨⎧=->=-r v m mg N gr v r v m N mg 凹桥:平抛凸桥: 8. 竖直面圆周运动的临界条件:非匀速圆周运动
(1) 绳(类似圆轨道内侧);gr v ≥高
(2) 杆(类似圆轨道外侧):0≥高v
例1:一小球质量为m ,用长为L 的悬绳(不可伸长,质量不计)固定于O 点,在O 点正下方L /2处钉有一颗钉子,如图4-3-6所示,将悬线沿水平方向拉直
无初速释放后,当悬线碰到钉子后的瞬间
A .小球线速度没有变化
B .小球的角速度突然增大到原来的2倍
C .小球的向心加速度突然增大到原来的2倍
D .悬线对小球的拉力突然增大到原来的2倍
析:小球撞钉子后做单摆运动、竖直面圆周运动的条件
例2:如图所示,一竖直平面内光滑圆形轨道半径为R ,小球以速度v 0经过最低点B 沿轨道
上滑,并恰能通过轨道最高点A .以下说法正确的是( ) (A )v 0应等于2gR ,小球到A 点时速度为零
(B )v 0应等于gR 5,小球到A 点时速度和加速度都不为零
(C )小球在B 点时加速度最大,在A 点时加速度最小
(D )小球从B 点到A 点,其速度的增量为()gR 51+
例3:如图所示水平轨道BC ,左端与半径为R 的四分之一圆周AB 光滑连接,右端与四分之三圆周CDEF 光滑连接,圆心分别为O 1和O 2。
质量为m 的过山车从距离环底高为R 的A 点处,由静止开始下滑,且正好能够通过环顶E 点,不计一切摩擦阻力。
则过山车在通过C 点后的瞬间对环的压力大小为______________,在过环中D 点时的加速度大小为______________。
例4. 质量为m 的小球由轻绳a 和b 系于一轻质木架上的A 点和C
点,如图所示。
当轻杆绕轴BC 以角速度ω匀速转动时,小球在水平面内做匀速圆周运动,绳a 在竖直方向、绳b 在水平方向。
当小球运动到图示位置时,绳b 被烧断的同时杆也停止转动,则( BCD )
A. 小球仍在水平面内做匀速圆周运动
B. 在绳被烧断瞬间,a 绳中张力突然增大
C. 若角速度ω较小,小球在垂直于平面ABC 的竖直平面内摆动
D. 若角速度ω较大,小球可以在垂直于平面ABC 的竖直平面内做
圆周运动
9. 离心现象与临界问题
例1:.如图所示,水平转盘上放有质量m 的物块,当物块到转轴的距离为r 时,连接物块和转轴的绳子刚好拉直(绳子上拉力为零),物块和转盘间最大静摩擦力是其正压力的μ倍,求:
(1)当转盘的角速度r g
21μω=时,细绳的拉力1T
B
(2)当转盘的角速度r
g 232μω=
时,细绳的拉力21T
例2. 用一根细线一端系一小球(可视为质点),另一端固定在一光滑锥顶上,如图(1)所示,设小球在水平面内作匀速圆周运动的角速度为ω,线的张力为T ,则T 随ω2变化的图象是图(2)中的( C )
例3.如图4-2-6所示,质量为m =0.1kg 的小球和A 、B 两根细绳相连,两绳固定在细杆的
A 、
B 两点,其中A 绳长L A =2m ,当两绳都拉直时,A 、B 两绳和细杆的夹角θ1=30°,θ
2=45°,g =10m/s 2.求: (1)当细杆转动的角速度ω在什么范围内,A 、B 两绳始终张紧? (2)当ω=3rad/s 时,A 、B 两绳的拉力分别为多大? [解析](1)当B 绳恰好拉直,但T B =0时,细杆的转动角速度为ω1,
有: T A cos30°=mg 021030sin 30sin A A L m T ω=
解得:ω1=2.4 rad/s
当A 绳恰好拉直,但T A =0时,细杆的转动角速度为ω2,
有:mg T B =045cos
022030sin 45sin A B L m T ω= 解得:ω2=3.15(rad/s )
要使两绳都拉紧2.4 rad/s ≤ω≤3.15 rad/s
(2)当ω=3 rad/s 时,两绳都紧.
︒=︒+︒30sin 45sin 30sin 2A B A L m T T ω
mg T T B A =︒+︒45cos 30cos T A =0.27 N , T B =1.09 N
[点评]分析两个极限(临界)状态来确定变化范围,是求解“范围”题目的。