匀速圆周运动和万有引力定律复习 新课标.ppt
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1、匀速匀速圆周运周运动和万有引力定律和万有引力定律专专 题题 4 41、描述圆周运动快慢的物理量、描述圆周运动快慢的物理量2、向心力和向心加速度、向心力和向心加速度3、解决圆周运动问题的方法步骤、解决圆周运动问题的方法步骤4、(应用)生活中的圆周运动、(应用)生活中的圆周运动一、匀速圆周运动一、匀速圆周运动1、描述圆周运动快慢的物理量、描述圆周运动快慢的物理量 1.定义物理量描写运动的特点:匀速圆周运动是一种重复性的运动,即是一种周期性的运动,周期性运动的快慢仅用已经学过的线速度的大小是不能准确表达的.定义了角速度=之后,便可以肯定地说,角速度越大,物体转过一周用的时间(即周期T)就越小,这种周
2、期性运动就越快.物体运动的角速度、周期T、频率f、转速n都能表达匀速圆周运动这种周期性运动的快慢.它们之间的联系是:=2f=2n.2.对圆对圆周运周运动动角速度和角速度和线线速度关系的理解速度关系的理解:(1)在在半半径径r一一定定的的情情况况下下线线速速度度v,即即角角速速度度越越大大时时线线速速度度正正比比增增大大,在在这这种种情情况况下下线线速速度度也能描述匀速也能描述匀速圆圆周运周运动动的快慢的快慢.(2)当当一一定定时时,线线速速度度vr,圆圆周周半半径径大大的的质质点点线线速速度度大大,此此种种情情况况线线速速度度便便不不能能描描述述此此周周期期性性运运动动的快慢的快慢.(3)当当
3、线线速度速度v一定一定时时,即半径越小即半径越小,角速角速度越大度越大,完成一个周期性运完成一个周期性运动动用的用的时间时间越短越短.3.灵活地运用数学知灵活地运用数学知识识:如如圆圆心角心角=,2弧度等于弧度等于360,圆圆周的切周的切线总线总是与半径垂直等是与半径垂直等.4.对对一些典型一些典型现现象的理解象的理解:皮皮带传动带传动的两个的两个轮轮子子边缘边缘上点的上点的线线速度大小相等速度大小相等,转动转动的物体上的物体上(如地球如地球上上),不同的点具有相同的角速度等不同的点具有相同的角速度等.例例1、如图,、如图,A、B两个齿两个齿轮的齿数分别是轮的齿数分别是z1、z2,各自固各自固
4、定在过定在过O1、O2的轴上的轴上.其中过其中过O1的轴与电动机相连接的轴与电动机相连接,此轴每此轴每分钟转速为分钟转速为n1.若两齿轮外缘半若两齿轮外缘半径分别是径分别是r1、r2,求求:(1)B齿轮的转速齿轮的转速n2;(2)A、B两齿轮的半径之比两齿轮的半径之比;(3)在时间在时间t内内,A、B两齿轮转过的两齿轮转过的角度之比角度之比,以及以及B齿轮外缘上一点通过的路齿轮外缘上一点通过的路程程.分析:分析:在分析:分析:在齿轮传动齿轮传动装置中装置中,各各齿轮齿轮的的“齿齿”是相同的是相同的,齿轮齿轮的的齿齿数数对应齿轮对应齿轮的周的周长长.在在齿轮传动齿轮传动进进行行转转速速变换时变换
5、时,单单位位时间时间内每个内每个齿轮转过齿轮转过的的齿齿数数相等相等,相当于每个接合的相当于每个接合的齿轮边缘处线齿轮边缘处线速度大小相速度大小相等等,因此因此齿轮传动满齿轮传动满足的关系足的关系是是齿轮转齿轮转速与速与齿齿数成反比数成反比,即即=例例2、(05年上海年上海)一水平放置的一水平放置的圆盘绕竖圆盘绕竖直固定直固定轴转动轴转动,在,在圆盘圆盘上沿半径开有一条上沿半径开有一条宽宽度度为为2mm的的均匀狭均匀狭缝缝将激光器与将激光器与传传感器上下感器上下对对准,使二者准,使二者间间连线连线与与转轴转轴平行,分平行,分别别置于置于圆盘圆盘的上下两的上下两侧侧,且可,且可以同步地沿以同步地
6、沿圆盘圆盘半径方向匀速移半径方向匀速移动动,激光器,激光器连续连续向向下下发发射激光束在射激光束在圆盘转动过圆盘转动过程中,当狭程中,当狭缝经过缝经过激激光器与光器与传传感器之感器之间时间时,传传感器接收到一个激光信号,感器接收到一个激光信号,并将其并将其输输入入计计算机,算机,经处经处理后画出相理后画出相应图线应图线图图(a)为该为该装置示意装置示意图图,图图(b)为为所接收的光信号随所接收的光信号随时时间变间变化的化的图线图线,横坐,横坐标标表示表示时间时间,纵纵坐坐标标表示接收表示接收到的激光信号到的激光信号强强度,度,图图中中t1=1010-3s,t2=0.810-3s(1)利用图利用
7、图(b)中的数据求中的数据求1s时圆盘转动的角速度;时圆盘转动的角速度;(2)说明激光器和传感器沿半径移动的方向;说明激光器和传感器沿半径移动的方向;(3)求图求图(b)中第三个激光信号的宽度中第三个激光信号的宽度t3解:解:(1)由图线读得,转盘的转动周期由图线读得,转盘的转动周期T0.8s角速度角速度(2)激光器和探测器沿半径激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动由中心向边缘移动(理由为:由理由为:由于脉冲宽度在逐渐变窄,表明于脉冲宽度在逐渐变窄,表明光信号能通过狭缝的时间逐渐光信号能通过狭缝的时间逐渐减少,即圆盘上对应探测器所减少,即圆盘上对应探测器所在位置的线速度逐渐增加,因在位置的线速
8、度逐渐增加,因此激光器和探测器沿半径由中此激光器和探测器沿半径由中心向边缘移动心向边缘移动)(3)设狭缝宽度为设狭缝宽度为d,探测器接收,探测器接收到第到第i个脉冲时距转轴的距离为个脉冲时距转轴的距离为r1,第第i个脉冲的宽度为个脉冲的宽度为ti,激光器和,激光器和探测器沿半径的运动速度为探测器沿半径的运动速度为v r3r2r2r1vT r2r1r3r2由由、式解得式解得(1)明确研究对象并对其受力分析明确研究对象并对其受力分析.(2)明确圆周运动的轨迹、半径及圆心位置明确圆周运动的轨迹、半径及圆心位置,进一步求进一步求出物体所受的合力或向心力出物体所受的合力或向心力.(3)由牛顿第二定律和圆
9、周运动的运动学公式列方程由牛顿第二定律和圆周运动的运动学公式列方程.(4)求解或分析讨论求解或分析讨论.2.解决圆周运动问题的方法步骤解决圆周运动问题的方法步骤 关于匀速圆周运动条件的分析方法关于匀速圆周运动条件的分析方法(1)分析匀速圆周运动的各运动学量的特点及变化情分析匀速圆周运动的各运动学量的特点及变化情况况.(2)根据牛顿第二定律分析不同方向的力的作用效果根据牛顿第二定律分析不同方向的力的作用效果.(3)将初始条件将初始条件(物体运动速度物体运动速度)和受力情况相结合概和受力情况相结合概括出物体做匀速圆周运动的条件括出物体做匀速圆周运动的条件.例例3、长长为为L的的细细线线,拴拴一一质
10、质量量为为m的的小小球球,一一端端固固定定于于O点点.让让其其在在水水平平面面内内做做匀匀速速圆圆周周运运动动(这这种种运运动动通通常常称称为为圆圆锥锥摆摆运运动动),如如图图所所示示.当当摆摆线线L与与竖竖直直方方向向的的夹夹角角是是时时,求求:(1)线线的的拉拉力力F;(2)小小球球运运动动的的线线速速度度的的大大小小;(3)小小球球运运动动的的角角速度及周期速度及周期.3、(应用)生活中的圆周运动、(应用)生活中的圆周运动(一)铁路的弯道(一)铁路的弯道 (二)拱形桥(二)拱形桥(凹凸两种情况)(凹凸两种情况)(三)航天器中的失重现象(三)航天器中的失重现象(四)离心运动(四)离心运动(
11、五)(五)圆锥摆圆锥摆 (六)过山车(六)过山车关于圆周运动规律的应用举例关于圆周运动规律的应用举例1.火车拐弯处外轨高于内轨火车拐弯处外轨高于内轨;高速公路或盘山公路的急转高速公路或盘山公路的急转弯处路面的外侧高于内侧弯处路面的外侧高于内侧.2.过山车在圆轨道的最高点处游客掉不下来过山车在圆轨道的最高点处游客掉不下来.3.离心装置离心装置:离心式水泵、离心干燥器、离心沉淀装置离心式水泵、离心干燥器、离心沉淀装置.4.天体运动中失重现象的解释与解决天体运动中失重现象的解释与解决.例例4、有有一一种种大大型型游游戏戏器器械械,它它是是一一个个圆圆筒筒型型大大容容器器,筒筒壁壁竖竖直直,游游客客进
12、进入入容容器器后后,靠靠筒筒壁壁站站立立,当当圆圆筒筒开开始始转转动动后后,转转速速加加快快到到一一定定程程度度时时,突突然然地地板板塌塌落落,游游客客发发现现自自己己没没有有落落下下去,这是因为去,这是因为()A.游客受到筒壁垂直的压力的作用游客受到筒壁垂直的压力的作用B.游客处于失重状态游客处于失重状态C.游客受到的摩擦力等于重力游客受到的摩擦力等于重力D.游客随着转速的增大有沿壁向上滑动的趋游客随着转速的增大有沿壁向上滑动的趋A C例例5、将将来来人人类类将将离离开开地地球球到到宇宇宙宙中中去去生生活活,可可以以设设计计如如图图所所示示的的宇宇宙宙村村.它它是是一一个个圆圆形形的的密密封
13、封建建筑筑,人人们们生生活活在在圆圆环环的的边边上上.为为了了使使人人们们在在其其中中生生活活不不至至于于有有失失重重感感,可可以以让让它它旋旋转转.设设这这个个建建筑筑物物的的直直径径为为200m,那那么么,当当它它绕绕其其中中心心轴轴转转动动的的转转速速为为多多少少时时,人人类类感感觉觉到到像像生生活活在在地地球球上上一一样样(承承受受10m/s2的的加加速速度度)?如如果果转转速超过了上述值速超过了上述值,人们将人们将有怎样的感觉有怎样的感觉?1、万有引力定律、万有引力定律2、万有引力定律应用、万有引力定律应用二、万有引力定律应用二、万有引力定律应用1、万有引力定律、万有引力定律 1.万
14、万有有引引力力定定律律:自自然然界界中中任任何何两两个个物物体体都都是是相相互互吸吸引引的的,引引力力的的大大小小跟跟这这两两具具物物体体的的质质量量的的乘乘积积成成正正比比,跟跟它它们们的的距距离离的的二二次次方方成成反比。反比。其其中中m1、m2是是两两个个质质点点的的质质量量,r为为两两质质点点间间的的距距离离,G是是万万有有引引力力常常量量,数数值值为为:G6.671011Nm2/kg2。(万有引力常量是英国物理学家卡文迪许首先测量出的。(万有引力常量是英国物理学家卡文迪许首先测量出的。G在在数数值值上上等等于于:质质量量都都是是1kg的的物物体体,在在相相距距1m时时的相互作用力的大
15、小等于的相互作用力的大小等于6.671011N。当当两两个个物物体体重重叠叠在在一一起起时时:两两个个物物体体间间的的吸吸引引力力为为零零,不符合万有引力定律。不符合万有引力定律。万有引力定律的使用条件:万有引力定律的使用条件:万万有有引引力力定定律律不不但但适适用用于于质质点点间间的的相相互互作作用用,表表达达式式中中的的r是是两两个个质质点点间间的的距距离离。两两个个质质量量分分布布均均匀匀的的球球体体间间的的相相互互作作用用也也可可以以用用万万有有引引力力定定律律的的表表达达式式来来计计算算,其其中应把中应把r理解为两个球心的距离。理解为两个球心的距离。我我们们可可以以把把地地球球看看作
16、作各各层层质质量量均均匀匀分分布布的的球球体体,所所以以地地面面上上质质量量为为m的的物物体体所所受受地地球球的的引引力力可可以以表表示示为为F=GMm/R2,式式中中M和和R分别表示的地球质量和地球的半径。分别表示的地球质量和地球的半径。一一般般质质量量很很小小的的物物体体之之间间的的引引力力十十分分微微小小,特特别别在在研研究究微微观观粒粒子子时时,万万有有引引力力一般忽略不计。一般忽略不计。用牛顿的万有引力定律推导开普勒第三用牛顿的万有引力定律推导开普勒第三定律定律:通过上面的推导可以看出,在太阳系内研究太阳系内的行星运动,其半长轴的三次方跟它的运动周期的二次方的比是恒定不变的,它的大小
17、决定于太阳质量。推理可知各个人造地球卫星的半长轴的三次方跟它的运动周期的二次方也是恒定的,其大小决定于地球的质量。但卫星绕地球旋转的这个恒定比值与地球绕太阳转的恒定值不同。开普勒第三定律适用于任何天体运动,但不同系统内的比值不一定相等。例例6、请请估估算算地地月月之之间间的的距距离离。(保保留留一一位有效数字)位有效数字)分分析析:月月球球是是绕绕地地球球转转的的,由由开开普普勒勒第第三三定定律律可可知知,所所有有绕绕地地球球转转动动的的天天体体都都满满足足,为为了了解解决决地地月月距距离离,就就需需要要寻寻找找一一个个熟熟悉悉的的,便便于于计计算算的的绕绕地地球球转转动动的的天天体体同同步步
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