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匀速圆周运动

来源:101教育网整理 2018-09-26 字体大小: 分享到:
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· 高中物理匀速圆周运动知识点


高中物理教材中匀速圆周运动属于曲线运动的内容,有哪些知识点需要学生理解呢?下面是101教育小编给大家带来的高中物理匀速圆周运动知识点,希望对你有帮助。

高中物理匀速圆周运动知识点

1、关于匀速圆周运动

(1)条件:①物体在圆周上运动;②任意相等的时间里通过的圆弧长度相等。

(2)性质:匀速圆周运动是加速度变化(大小不变而方向不断变化)的变加速运动。

(3)匀速圆周运动的向心力:

①是按力的作用效果来命名的力,它不是具有确定性质的某种力,相反,任何性质的力都可以作为向心力。例如,小铁块在匀速转动的圆盘上保持相对静止的原因是,静摩擦力充当向心力,若圆盘是光滑的,就必须用线细拴住小铁块,才能保证小铁块同圆盘一起做匀速转动,这时向心力是由细线的拉力提供。

②向心力的作用效果是改变线速度的方向。做匀速圆周运动的物体所受的合外力即为向心力,它是产生向心加速度的原因,其方向一定指向圆心,是变化的(线速度大小变化的非匀速圆周运动的物体所受的合外力不指向圆心,它既要改变速度方向,同时也改变速度的大小,即产生法向加速度和切向加速度)。

③向心力可以是某几个力的合力,也可以是某个力的分力。例如,用细绳拴着质量为m的物体,在竖直平面内做圆周运动到最低点时,其向心力由绳的拉力和重力(F向 = T拉 - mg)两个力的合力充当。而在圆锥摆运动中,小球做匀速圆周运动的向心力则是由重力的分力(F向 = mg*tanθ),其中θ为摆线与竖直轴的夹角)充当,因此决不能在受力分析时沿圆心方向多加一个向心力。

④物体做匀速圆周运动所需向心力大小可以表示为:

F = ma = mv^2/r = mrω^2 = mr*4π^2/(T^2)

2、描述圆周运动的物理量

(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。描述了物体沿圆弧运动的快慢程度。

(2)角速度:ω = θ/t(θ是物体在时间t内绕圆心转过的角度),描述了物体绕圆心转动的快慢程度。

(3)周期与频率:T = 2πr/v = 2π/ω = 1/f(沿圆周运动一周所用的时间叫周期,每秒钟完成圆周运动的转数叫频率)。

(4)向心加速度:描述线速度方向变化快慢的物理量。大小:a向心 = v^2/r = rω^2 = r*4π^2/(T^2)。方向:总是指向圆心,方向时刻在变化,是一个变加速度。

说明:当ω为常数时,a向心与r成正比;当v为常数时,a向心与r成反比。因此,若无特殊条件说明,不能说a向心一定与r成正比还是反比。

3、匀速圆周运动的运动学特征

匀速圆周运动的线速度大小不变但方向不断变化;周期不变;频率不变;角速度不变;向心加速度大小不变但方向不断变化。

高中物理匀速圆周运动方法讲解

1、匀速圆周运动的分析方法

对于匀速圆周运动的问题,一般可按如下步骤进行分析:

(1)确定做匀速圆周运动的物体作为研究对象。

(2)明确运动情况。包括搞清运动速率v、轨迹半径r及轨迹圆心O的位置等,只有明确了上述几点后,才能知道运动物体在运动过程中所需的向心力大小(mv^2/r)和向心力方向(指向圆心)。

(3)分析受力情况,对物体实际受力情况作出正确的分析,画出受力图,确定指向圆心的合外力F(即提供的向心力)。

(4)代入公式F = mv^2/r,求解结果。

2、匀速圆周运动中向心力的特点

由于匀速圆周运动仅是速度方向发生变化而速度大小不变,故只存在向心加速度,物体受的外力的合力就是向心力,可见,合外力大小不变,方向始终与速度方向垂直指向圆心,是物体做匀速圆周运动的条件。

在求解匀速圆周运动的问题时,关键是对物体进行受力分析,看是哪一个力或哪几个力的合力来提供向心力。

高中物理匀速圆周运动基本公式

1.线速度V=s/t=2πr/T

2.角速度ω=Φ/t=2π/T=2πf

3.向心加速度a=V2/r=ω2r=(2π/T)2r

4.向心力F心=mV2/r=mω2r=mr(2π/T)2=mωv=F合

5.周期与频率:T=1/f

6.角速度与线速度的关系:V=ωr

7.角速度与转速的关系ω=2πn(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(Φ):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(ω):rad/s;向心加速度:m/s2。



· 高中物理匀速圆周运动典型例题


题目

下列关于匀速圆周运动的说法,正确的是(  )

A. 匀速圆周运动是一种平衡状态

B. 匀速圆周运动是一种匀速运动

C. 匀速圆周运动是一种匀变速运动

D. 匀速圆周运动是一种速度和加速度都不断改变的运动

答案

D

解析:

试题分析:A、处于平衡状态的物体受到的合外力为零,匀速圆周运动的物体受到的合外力不为零,合外力等于向心力;错误.

B、匀速运动特指匀速直线运动;错误

C、匀速圆周运动加速度大小不变,方向始终指向圆心,加速度是变化的,是变加速运动;错误D、匀速圆周运动的速度方向每时每刻

都在改变,加速度一直指向圆心,方向也是变化的;正确

故选D

考点:匀速圆周运动

点评:矢量由大小和方向共同确定,所以当矢量大小变化、方向变化或大小方向同时变化时,矢量都是变化的.


题目

下列关于匀速圆周运动的说法正确的是( )

A. 匀速圆周运动一定是匀速运动

B. 匀速圆周运动是匀加速运动

C. 匀速圆周运动的加速度是变化的

D. 做匀速圆周运动的物体所受的合外力可能为恒力

答案

C

解析:

试题分析:匀速圆周运动指的是速度大小不变的变速运动,加速度方向时刻指向圆心,大小不变,所以C正确。由于加速度方向指向圆心,所以合外力也指向圆心,即D错

考点:匀速圆周运动

点评:本题考查了匀速圆周运动中常见的参数以及他们之间的关系的推导、理解和应用。


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