高中物理人教版(2023)必修第二冊第六章圓周運(yùn)動1圓周運(yùn)動-參賽作品

第六章圓周運(yùn)動課時圓周運(yùn)動1.知道什么是圓周運(yùn)動和勻速圓周運(yùn)動,認(rèn)識勻速圓周運(yùn)動的物理模型特征。2.理解線速度、角速度、周期、轉(zhuǎn)速等概念,會對它們進(jìn)行定量計算。3.掌握線速度、角速度與周期之間的關(guān)系。4.掌握常見傳動裝置的特點。一、勻速圓周運(yùn)動1.圓周運(yùn)動：軌跡為圓周或一段圓弧的機(jī)械運(yùn)動稱為圓周運(yùn)動。圓周運(yùn)動是曲線運(yùn)動,所以它一定是變速運(yùn)動。2.勻速圓周運(yùn)動如果物體沿著圓周運(yùn)動,并且線速度的大小處處相等,這種運(yùn)動叫作勻速圓周運(yùn)動。3.勻速圓周運(yùn)動的性質(zhì)及特點(1)勻速圓周運(yùn)動線速度大小不變,但方向時刻改變,故勻速圓周運(yùn)動是變速運(yùn)動。(2)勻速圓周運(yùn)動角速度不變,周期、頻率、轉(zhuǎn)速都不變。二、描述圓周運(yùn)動的物理量1.描述圓周運(yùn)動物理量的對比線速度(v)角速度(ω)周期(T)頻率(f)轉(zhuǎn)速(n)定義做圓周運(yùn)動的物體通過的弧長Δs與所用時間Δt的比值做圓周運(yùn)動的物體,半徑轉(zhuǎn)過的角度Δθ與所用時間Δt的比值做勻速圓周運(yùn)動的物體運(yùn)動一周所用的時間單位時間內(nèi)運(yùn)動重復(fù)的次數(shù)物體轉(zhuǎn)動的圈數(shù)與所用時間之比大小v=Δω=ΔT=2πf=1n=f=ω/(2π)單位?m/s?rad/ssHzr/s標(biāo)矢性矢量,方向沿圓周的切線方向矢量(其方向中學(xué)階段不研究)標(biāo)量標(biāo)量標(biāo)量2.描述圓周運(yùn)動的各物理量的關(guān)系基礎(chǔ)過關(guān)練題組一描述圓周運(yùn)動的物理量1.下面關(guān)于勻速圓周運(yùn)動的表述正確的是()A.做勻速圓周運(yùn)動的物體處于平衡狀態(tài)B.勻速圓周運(yùn)動是勻變速曲線運(yùn)動C.做勻速圓周運(yùn)動的物體,其運(yùn)動快慢用線速度描述D.做勻速圓周運(yùn)動的物體,在任意相等時間內(nèi)的位移相同2.一質(zhì)點做勻速圓周運(yùn)動,在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)動n周,已知運(yùn)動半徑為R,則該質(zhì)點的線速度大小為()A.2πRnt B.2πRnt C.3.(多選)一小球沿半徑為2m的圓周軌道做勻速圓周運(yùn)動,若周期T=πs,則()A.小球的線速度是4m/sB.經(jīng)過π4s,小球的位移大小為C.經(jīng)過π4s,小球的位移大小為22D.經(jīng)過π2s,小球的位移大小為題組二線速度與角速度的關(guān)系4.如圖,A、B、C三點為奶茶塑封機(jī)手壓桿上的點,A在桿的頂端,O為桿轉(zhuǎn)動的軸,且AB=BC=CO。在桿向下轉(zhuǎn)動的過程中,下列說法正確的是()、B兩點線速度大小之比為1∶3、C兩點周期之比為1∶1、B兩點角速度之比為3∶2、C兩點的線速度大小之比為1∶25.如圖所示,當(dāng)用扳手?jǐn)Q螺母時,扳手上的P、Q兩點的角速度分別為ωP和ωQ,線速度大小分別為vP和vQ,則()A.ωP<ωQ,vP<vQ B.ωP=ωQ,vP<vQC.ωP<ωQ,vP=vQ D.ωP=ωQ,vP=vQ6.(多選)汕頭海灣隧道工程采取的是隧道盾構(gòu)挖掘技術(shù)。盾構(gòu)機(jī)刀盤直徑為米,相當(dāng)于五層樓高。其基本工作原理是:沿隧洞軸線向前推進(jìn),同時通過旋轉(zhuǎn)前端盾形結(jié)構(gòu),利用安裝在前端的刀盤對土壤進(jìn)行開挖切削,挖掘出來的土碴被輸送到后方。如圖所示為某盾構(gòu)機(jī)前端,以下說法中正確的是()A.盾構(gòu)機(jī)前端轉(zhuǎn)動時,各個刀片轉(zhuǎn)動的角速度相同B.盾構(gòu)機(jī)前端轉(zhuǎn)動時,各個刀片的線速度隨半徑的增大而減小C.當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前端轉(zhuǎn)速為3r/min時,其轉(zhuǎn)動周期為sD.當(dāng)盾構(gòu)機(jī)前端轉(zhuǎn)速為3r/min時,前端外邊緣的線速度約為m/s題組三傳動問題7.如圖所示,修正帶是通過兩個齒輪的相互嚙合進(jìn)行工作的,齒輪邊緣上的A、B兩點具有相同的()A.線速度大小 B.周期C.轉(zhuǎn)速 D.角速度8.(多選)如圖所示的傳動裝置中,B、C兩輪固定在一起繞同一軸轉(zhuǎn)動,A、B兩輪用皮帶傳動,三個輪的半徑關(guān)系是rA=rC=2rB。若皮帶不打滑,則A、B、C三輪邊緣上的a、b、c三點的角速度之比和線速度大小之比()A.角速度之比為1∶2∶2B.角速度之比為1∶1∶2C.線速度大小之比為1∶2∶2D.線速度大小之比為1∶1∶2

能力提升練題組一線速度、角速度、周期、轉(zhuǎn)速之間的關(guān)系1.家用臺式計算機(jī)上的硬磁盤的磁道和扇區(qū)如圖所示。這塊硬磁盤共有9216個磁道(即9216個不同半徑的同心圓),每個磁道分成8192個扇區(qū)(每扇區(qū)為18192圓周),每個扇區(qū)可以記錄512個字節(jié)。電動機(jī)使磁盤以7200r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動。磁頭在讀、寫數(shù)據(jù)時是不動的,盤面每轉(zhuǎn)一圈,磁頭沿半徑方向跳動一個磁道。下列說法正確的是(A.每個字節(jié)在磁道上所占用的磁道長度都相同B.不計磁頭轉(zhuǎn)移磁道的時間,計算機(jī)讀完該硬盤所需時間約為77sC.讀取每個字節(jié)所用時間都相同,約為×10-11sD.該硬盤的容量約為4×1012個字節(jié)2.如圖所示,如果把鐘表上的時針、分針、秒針的運(yùn)動看成勻速圓周運(yùn)動,那么,從它的分針與秒針第一次重合至第二次重合,中間經(jīng)歷的時間為()A.5960min min C.6059min D.題組二傳動裝置問題的分析3.無級變速器可以在變速范圍內(nèi)任意連續(xù)地改變汽車速度,性能優(yōu)于傳統(tǒng)的擋位變速器,很多高檔汽車都應(yīng)用了無級變速系統(tǒng)。如圖所示是截錐式無級變速器模型示意圖,兩個錐輪之間有一個滾動輪,主動輪、滾動輪、從動輪靠著彼此之間的摩擦傳動。當(dāng)位于主動輪和從動輪之間的滾動輪從左向右移動時,從動輪轉(zhuǎn)速減小。當(dāng)滾動輪位于主動輪直徑為D1、從動輪直徑為D2的位置時,主動輪轉(zhuǎn)速n1、從動輪轉(zhuǎn)速n2的關(guān)系是()A.n1n2=D1DC.n2n1=D124.如圖所示,a、b兩相同的輪子緊挨放置,開始時兩輪中心在同一水平線上,在a輪圓面上刻有圖示方向的箭頭標(biāo)志。現(xiàn)固定b輪,使a輪沿著b輪邊緣滾動(滾動過程中不打滑)至b輪的正上方,此時a輪圓面上的箭頭方向應(yīng)該是(易錯)題組三圓周運(yùn)動的多解問題5.(多選)如圖所示,一位同學(xué)玩飛鏢游戲,圓盤最上端有一點P,飛鏢拋出時與P在同一豎直面內(nèi)等高,且距離P點為L。當(dāng)飛鏢以初速度v0垂直盤面瞄準(zhǔn)P點拋岀的同時,圓盤繞經(jīng)過盤心O點的水平軸在豎直平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動。忽略空氣阻力,重力加速度為g,若飛鏢恰好擊中P點,求:(1)圓盤的半徑;(2)圓盤轉(zhuǎn)動角速度的最小值。

答案全解全析基礎(chǔ)過關(guān)練做勻速圓周運(yùn)動的物體,其線速度方向是時刻變化的,所受合力不為零,因此處于非平衡狀態(tài),故A錯誤;做勻速圓周運(yùn)動的物體,其所受的合力指向圓心,由于合力的方向時刻改變,加速度方向時刻改變,因此勻速圓周運(yùn)動是變加速曲線運(yùn)動,故B錯誤。做勻速圓周運(yùn)動的物體,其運(yùn)動快慢用線速度描述,故C正確。做勻速圓周運(yùn)動的物體在任意相等時間內(nèi)通過的弧長即路程相等,但位移的方向可能不同,故D錯誤。質(zhì)點在時間t內(nèi)轉(zhuǎn)動n周,通過的弧長s=2πR·n,該質(zhì)點的線速度大小為v=st=2πRnt,根據(jù)v=2πrT得小球的線速度大小為v=2π×2πm/s=4m/s,故A正確;經(jīng)過π4s,小球轉(zhuǎn)過14圓周,則其位移大小為x=2r=22m,故B錯誤,C正確;經(jīng)過π2s,小球轉(zhuǎn)過12因為A、B兩點同軸轉(zhuǎn)動,所以A、B兩點的角速度是相等的;由v=rω可知,角速度一定時,線速度大小之比等于運(yùn)動半徑之比,故A、B兩點線速度大小之比為3∶2,A、C錯誤。因為B、C兩點同軸轉(zhuǎn)動,所以B、C兩點的角速度是相等的,故周期相等,由v=ωr可知,B、C兩點的線速度大小之比為2∶1,故B正確,D錯誤。因為P、Q兩點同軸轉(zhuǎn)動,所以P、Q兩點的角速度是相等的,即ωP=ωQ;由圖可知,Q點到轉(zhuǎn)軸(螺母)的距離比較大,由v=ωr可知,Q點的線速度比較大,即vP<vQ。故B正確。因為盾構(gòu)機(jī)前端的各刀片同軸轉(zhuǎn)動,所以各刀片的角速度相等,故A正確;根據(jù)v=rω可知,角速度相等,各刀片的線速度隨半徑的增大而增大,故B錯誤;因為轉(zhuǎn)速n=3r/min=r/s,所以轉(zhuǎn)動周期為T=1n=10.05s=20s,故C錯誤;根據(jù)v=2πr·n知,盾構(gòu)機(jī)前端外邊緣的線速度大小為v=2×××m/s≈m/s,故相互嚙合的兩個齒輪邊緣處各點的線速度大小相等,由于兩齒輪的半徑不同,由v=ωr可知A、B兩點的角速度不同,由T=2πω、n=ω2π可知周期、轉(zhuǎn)速均不同,故A正確,B、C、a、b兩點是皮帶傳動邊緣點,線速度大小相等,故va∶vb=1∶1,根據(jù)v=rω,有ωa∶ωb=rB∶rA=1∶2;b、c兩點同軸轉(zhuǎn)動,角速度相等,故ωb∶ωc=1∶1;根據(jù)v=rω,有vb∶vc=rB∶rC=1∶2。綜上有ωa∶ωb∶ωc=1∶2∶2,va∶vb∶vc=1∶1∶2,故選項A、D正確。

能力提升練每個磁道扇區(qū)數(shù)相同,每個扇區(qū)可記錄字節(jié)數(shù)相同,即每個磁道上可記錄字節(jié)數(shù)相同,但各磁道半徑不同,所以不同磁道上每個字節(jié)所占用的磁道長度不同,A錯誤;電動機(jī)使磁盤以7200r/min的轉(zhuǎn)速勻速轉(zhuǎn)動,則每讀取一個磁道所用時間為t=607200s=1120s,該硬磁盤共有9216個磁道,所以讀完該硬盤共需要時間t總=9216t=s≈77s,B正確;每個磁道分成8192個扇區(qū),每個扇區(qū)可以記錄512個字節(jié),所以每個磁道共可以記錄的字節(jié)數(shù)為n=8192×512=4194304,所以讀取每個字節(jié)所用時間為t'=t4194304≈×10-9s,C錯誤;該硬盤的容量為4194304×9216≈4×1010由于分針、秒針的轉(zhuǎn)動周期分別為1h=3600s與1min=60s,則由ω=2πT可知分針與秒針的角速度分別為ω分=2π3600rad/s,ω秒=2π60rad/s。設(shè)兩次重合的時間間隔為Δt,由于秒針比分針多轉(zhuǎn)一圈,即θ秒-θ分=2π,且θ分=ω分Δt,θ秒=ω秒Δt,故得Δt=2πω秒-ω分=2π由題意可知,從動輪與主動輪邊緣各點的線速度大小相等,則有D12·ω1=D22·ω2,又知ω=2πn,可得D1n1=D2n2,故n2n1=D1由于a輪沿b輪邊緣滾動過程中不打滑,a輪滾動至b輪的正上方時,a輪邊緣的P點與b輪邊緣的Q點會重合,如圖所示,所以a輪圓面上箭頭方向應(yīng)該是豎直向下的,故D正確。易