高中物理圓周運(yùn)動知識點(diǎn)總結(jié)
高中物理圓周運(yùn)動知識點(diǎn)總結(jié)
高中物理教學(xué)中,圓周運(yùn)動問題既是一個重點(diǎn),又是一個難點(diǎn)。下面學(xué)習(xí)啦小編給大家?guī)砀咧形锢韴A周運(yùn)動知識點(diǎn),希望對你有幫助。
高中物理圓周運(yùn)動知識點(diǎn)
1.圓周運(yùn)動:質(zhì)點(diǎn)的運(yùn)動軌跡是圓周的運(yùn)動。
2.勻速圓周運(yùn)動:質(zhì)點(diǎn)的軌跡是圓周,在相等的時間內(nèi),通過的弧長相等,質(zhì)點(diǎn)所作的運(yùn)動是勻速率圓周運(yùn)動。
3.描述勻速圓周運(yùn)動的物理量
(1)周期(T):質(zhì)點(diǎn)完成一次圓周運(yùn)動所用的時間為周期。
頻率(f):1s鐘完成圓周運(yùn)動的次數(shù)。f=
(2)線速度(v):線速度就是瞬間速度。做勻速圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn),其線速度的大小不變,方向卻時刻改變,勻速圓周運(yùn)動是一個變速運(yùn)動。
由瞬時速度的定義式v=,當(dāng)Δt趨近于0時,Δs與所對應(yīng)的弧長(Δl)基本重合,所以v=,在勻速圓周運(yùn)動中,由于相等的時間內(nèi)通過的弧長相等,那么很小一段的弧長與通過這段弧長所用時間的比值是相等的,所以,其線速度大小v=(其中R是運(yùn)動物體的軌道半徑,T為周期)
(3)角速度(ω):作勻速圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)與圓心的連線所掃過的角度與所用時間的比值。ω==,由此式可知勻速圓周運(yùn)動是角速度不變的運(yùn)動。
4.豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動(非勻速圓周運(yùn)動)
(1)輕繩的一端固定,另一端連著一個小球(活小物塊),小球在豎直面內(nèi)作圓周運(yùn)動,或者是一個豎直的圓形軌跡,一個小球(或小物塊)在其內(nèi)壁上作豎直面的圓周運(yùn)動,然后進(jìn)行計算分析,結(jié)論如下:
?、傩∏蛉粼趫A周上,且速度為零,只能是在水平直徑兩個端點(diǎn)以下部分的各點(diǎn),小球要到達(dá)豎直圓周水平直徑以上各點(diǎn),則其速度至少要滿足重力指向圓心的分量提供向心力
?、谛∏蛟谪Q直圓周的最低點(diǎn)沿圓周向上運(yùn)動的過程中,速度不斷減小(重力沿運(yùn)動方向的分量與速度方向是相反的,使小球的速度減小),而小球要到達(dá)最高點(diǎn),則必須在最低點(diǎn)具有足夠大的速度才能到達(dá)最高點(diǎn),否則小球就會在圓周上的某一點(diǎn)(這一點(diǎn)一定在水平直徑以上)繩子的拉力為零時,小球就脫離圓周軌道。
(2)物體在桿或圓管的環(huán)形軌道上作豎直面內(nèi)圓周運(yùn)動,雖然物體從最低點(diǎn)沿圓周向最高點(diǎn)運(yùn)動的過程中,速度越來越小,由于物體可以受到桿的拉力和壓力(或圓管對它的向內(nèi)或向外的作用力),所以,物體在圓周上的任意一點(diǎn)的速度均可為零。
(3)物體在豎直的圓周的外壁運(yùn)動,此種運(yùn)動的關(guān)鍵是要區(qū)別做圓周運(yùn)動和平拋運(yùn)動的條件,它們的臨界狀態(tài)是物體的重力沿半徑的分量提供向心力,此時,軌道對物體沒有作用力,但物體又在軌道上,該點(diǎn)是物體在圓周上的臨界點(diǎn)。若物體在最高點(diǎn)時,mg=,v0=,當(dāng)v≥v0,物體在最高點(diǎn)處將作平拋運(yùn)動,當(dāng)v
擴(kuò)展
豎直面內(nèi)的圓周運(yùn)動,只要求討論分析最高點(diǎn)和最低點(diǎn)的情況,由于最高點(diǎn)的相信加速度豎直向下,質(zhì)點(diǎn)總是處于失重狀態(tài);最低點(diǎn)的向心加速度豎直向上,質(zhì)點(diǎn)總是處于超重狀態(tài),從這個角度來理解豎直面內(nèi)做圓周運(yùn)動的質(zhì)點(diǎn)受力情況比較直觀。
質(zhì)點(diǎn)在圓軌道外圓時,最高點(diǎn)處是作平拋運(yùn)動還是圓周運(yùn)動,質(zhì)點(diǎn)與軌道之間的作用力為零對應(yīng)的速度是臨界速度,這個臨界速度就是在圓周上的向心加速度等于重力加速度,質(zhì)點(diǎn)的速度小于這個速度,受軌道的支持力,大于這個速度,質(zhì)點(diǎn)作平拋運(yùn)動。
生活中的圓周運(yùn)動
實例分析一
火車是目前長距離運(yùn)輸中重要的交通工具,近年來建設(shè)鐵路新干線較多,鐵軌是比較平直的,在轉(zhuǎn)彎處,火車只有依靠與它接觸的鐵軌提供向心力。工字形鐵軌固定在水泥基礎(chǔ)上,火車的兩輪都有輪緣,突出的輪緣一般起定位作用,若是平直的軌道轉(zhuǎn)彎,只有依靠軌道與輪緣間側(cè)向彈力使火車轉(zhuǎn)彎,由于火車速度大,質(zhì)量也大,所需要的向心力很大,所以,輪緣與鐵軌間的彈性大形變量也大,從而使鐵軌容易受到損壞,使火車轉(zhuǎn)彎時的向心力不是由輪緣和軌道間側(cè)向彈力提供,而是由車輪與軌道間正向彈力提供,車輪與軌道間的正向接觸面積大,對軌道的影響小,有什么辦法可以達(dá)到此目的呢?
在牛頓運(yùn)動定律中,放在光滑斜面上的物體,當(dāng)斜面以一定加速度作水平運(yùn)動時,物體可以相對斜面靜止,這時斜面的彈力與物體的重力的合力沿水平方向提供加速運(yùn)動所需要的力(也可以認(rèn)為斜面的彈力在豎直方向分量與物體的重力平衡,水平方向分量提供物體作加速度所需要的力)從這個例子中,我們能得到的啟示是火車轉(zhuǎn)彎時將軌道平面傾斜。
在設(shè)計轉(zhuǎn)彎的軌道時,若將外軌墊高些,使軌道平面與水平面有一夾角α,正向壓力垂直于軌道平面,要使正向壓力在豎直方向分量與重力平衡,水平方向分量提供向心力,則
mgtanα=mv0=
火車以速度v0=行駛時,火車的車輪的輪緣與鐵軌的側(cè)向無壓力。
火車轉(zhuǎn)彎時,當(dāng)火車的速度v>v0時,即重力和軌道的支持力的合力不足以提供向心力,需要外軌對外輪的輪緣一個向內(nèi)的側(cè)壓力,補(bǔ)充不充足的向心力;當(dāng)火車速度v0
實例分析二
汽車在水平路面上轉(zhuǎn)彎時依靠靜摩擦力提供向心力,在高速公路上,由于汽車的速度比較大,僅靠靜摩擦力提供向心力是不行的,所以,在轉(zhuǎn)彎處的路面都是傾斜的(傾角α),若汽車依靠重力和路面支持力的合力提供向心力,就對應(yīng)的速度如火車轉(zhuǎn)彎是一樣的,對應(yīng)原速度v0=。
當(dāng)汽車的速度v0≠,路面再施加靜摩擦力來作補(bǔ)充。
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