2012高考物理一轮复习总教案：4.3 匀速圆周运动

第 3 课 匀速圆周运动

概念：质点做沿着圆周运动，如果在相等时间内通过的弧长相等，这种运动叫匀速圆周运动。

1．线速度：做匀速圆周运动的物体所通过的弧长与所用的时间的比值。

（1）物理意义：描述质点沿切线方向运动的快慢．

（2）方向：某点线速度方向沿圆弧该点切线方向．

（3）大小：V=S/t

说明:线速度是物体做圆周运动的即时速度，其方向时刻改变，所以匀速圆周运动是变速运动。

2．角速度：做匀速圆周运动的物体，连接物体与圆心的半径转过的圆心角与所用的时间的比值。

（l）物理意义：描述质点绕圆心转动的快慢．

（2）大小：ω＝φ/t 单位：（rad／s）

3．周期T，频率f：做圆周运动物体一周所用的时间叫周期．周期的广范含义：

做圆周运动的物体单位时间内沿圆周绕圆心转过的圈数，叫做频率，也叫转速

4．转速：单位时间内绕圆心转过的圈数。r/min

5．V、ω、T、f的关系

T＝1/f，ω＝2π/T= v /r=2πf，v＝2πr/T＝2πrf=ωr．

T、f、ω三个量中任一个确定，其余两个也就确定了．但v还和半径r有关．

6．向心加速度

（1）物理意义：描述线速度方向改变的快慢的物理量。

（2）大小：a=v2/r=ω2r=4π2fr=4π2r/T2=ωv，

（3）方向：总是指向圆心，方向时刻在变化．不论a的大小是否变化，a都是个变加速度．

（4）注意：a与r是成正比还是反比，要看前提条件，

若ω相同，a与r成正比；若v相同，a与r成反比；若是r相同，a与ω2成正比，与v2也成正比．

7．向心力

（1）作用：产生向心加速度，只改变线速度的方向，不改变速度的大小．因此，向心力对

做圆周运动的物体不做功．

（2）大小： F＝ma＝mv2/r＝mω2 r=m4π2fr=m4π2r/T2=mωv

（3）方向：总是沿半径指向圆心，时刻在变化．即向心力是个变力．

说明: 向心力是按效果命名的力，不是某种性质的力，因此，向心力可以由某一个力提供，也可以由几个力的合力提供，要根据物体受力的实际情况判定．

4 2v2

2 m R= m2R m4 2n2 R= mωv F心= ma心= mRT

二、匀速圆周运动

1．特点：线速度的大小恒定，角速度、周期和频率都是恒定不变的，向心加速度和向心力的大小也都是恒定不变的．

2．性质：是速度大小不变而速度方向时刻在变的变速曲线运动，并且是加速度大小不变、方向时刻变化的变加速曲线运动．

3．加速度和向心力：由于匀速圆周运动仅是速度方向变化而速度大小不变，故仅存在向心加速度，因此向心力就是做匀速圆周运动的物体所受外力的合力．

4．质点做匀速圆周运动的条件：合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心．

三、变速圆周运动（非匀速圆周运动）典型是：竖直平面的圆周运动。

变速圆周运动的物体，不仅线速度大小、方向时刻在改变，而且加速度的大小、方向也时刻在改变，是变加速曲线运动（注：匀速圆周运动也是变加速运动）．

变速圆周运动的合力一般不指向圆心，变速圆周运动所受的合外力产生两个效果．

1．半径方向的分力：产生向心加速度而改变速度方向．法向加速度。

2．切线方向的分力：产生切线方向加速度而改变速度大小．切向加速度

法向分力：产生向心加速度，改变方向快慢的物理量。

故利用公式求圆周上某一点的向心力和向心加速度的大小，必须用该点的瞬时速度值．

四、圆周运动解题思路

1．灵活、正确地运用公式

ΣFn＝man=mv2/r＝mω2r＝m4π2r/T2＝m4π2fr ；

2．正确地分析物体的受力情况，找出向心力．

五、有辐条的圆周转动产生的顺转反现象：如何解释？

每1/30秒更一帧，车上有8根对称辐条，若在1/30秒内，每根辐条恰好转过角度为

（45、360、365、355）观众觉得车轮是怎样转的。（45度时不动；360时不动、355度倒转）。

线速度、角速度、向心加速度大小的比较

在分析传动装置的各物理量时．要抓住不等量和相等量的关系．同轴的各点角速度ω和n相等，而线速度v＝ωr与半径r成正比．在不考虑皮带打滑的情况下．传动皮带与皮带连接的两轮边缘的各点线速度大小相等，而角速度ω＝v/r与半径r成反比．

【例1】对如图所示的皮带传动装置，下列说法中正确的是

(A)A轮带动B轮沿逆时针方向旋转．(B)B轮带动A轮沿逆时针方向旋转．

(C)C轮带动D轮沿顺时针方向旋转．(D)D轮带动C轮沿顺时针方向旋转．

【例3】如图所示，直径为d的纸质圆筒，以角速度ω绕轴O高速运动，有一颗子弹沿直径穿过圆筒，若子弹穿过圆筒时间小于半个周期，在筒上先、后留下a、b两个弹孔，已知ao、bo间夹角为φ弧度，则子弹速度为

2．向心力的认识和来源

（1）向心力不是和重力、弹力、摩擦力相并列的一种类型的力，是根据力的效果命名的．在分析做圆周运动的质点受力情况时，切不可在物体的相互作用力（重力、弹力、摩擦力、万有引力）以外再添加一个向心力．

(2)由于匀速圆周运动仅是速度方向变化而速度大小不变的运动，故只存在向心加速

度，物体受的外力的合力就是向心力。显然物体做匀速圆周运动的条件是：物体的合外力大小不变，方向始终与速度方向垂直且指向圆心。

（3）分析向心力来源的步骤是:首先确定研究对象运动的轨道平面和圆心的位置，然后分析圆周运动物体所受的力,作出受力图,最后找出这些力指向圆心方向的合外力就是向心力．例如，沿半球形碗的光滑内表面，一小球在水平面上做匀速圆周运动，如图小球做圆周运动的圆心在与小球同一水平面上的O/点，不在球心O，也不在弹力N所指的PO线上．这种分

(4）变速圆周运动向心力的分析向心力来源的步骤同分析匀速圆周运动向心力来源的步骤相向．但要注意，

①一般情况下，变速圆周运动的向心力是合外为沿半径方向的分力提供．

②分析竖直面上变速圆周运动的向心力的来源时，通常有细绳和杆两种模型．

v(5)当物体所受的合外力小于所需要提供的向心力时，即F向＜m时，物体做离心运动；当r2

v物体所受的合外力大于所需要的向心力，即F向＞m时，物体做向心运动。 r2

3、圆周运动与其它运动的结合

圆周运动和其他运动相结合，要注意寻找这两种运动的结合点：如位移关系、速度关系、时间关系等．还要注意圆周运动的特点：如具有一定的周期性等．

点评：对于比较复杂的问题，一定要注意分清物理过程，而分析物理过程的前提是通过分析物体的受力情况进行．