关键知识点(27):对匀速圆周运动的归纳、总结和深化(1)。
1.地位:匀速圆周运动是经常考的重要知识点——体现在生产生活的实际应用中;体现在磁场中;体现在组合场和叠加场(复合场)中。大家必须熟练掌握!
2.定义:质点在相同时间内通过的圆弧长度相等的圆周运动。
3.性质:变速运动。
4.特征量——描述匀速圆周运动的物理量有:
(1)线速度(V)=弧长(△X)/时间(△t)。方向:各点的切线方向。
反映质点做匀速圆周运动的快慢的物理量。
从定义可知,线速度实际上是平均速率,但由于我们学习的是匀速圆周运动,则平均速率等于平均速度,又等于瞬时速度即线速度。
(2)角速度(w)=角度(△a)/时间(△t),标量,单位为rad/s。
反映质点做匀速圆周运动的快慢的物理量。
(3)周期(T):质点完成一次匀速圆周运动所用的时间。
反映质点做匀速圆周运动的快慢的物理量。
(4)频率(f)或转速(转数)(n):质点在单位时间内完成的匀速圆周运动的次数。
反映质点做匀速圆周运动的快慢的物理量。
(5)线速度、角速度、周期和频率(转数)都是反映质点做匀速圆周运动的快慢的物理量,但反映的角度不同。比如,一个匀速转动的圆盘,各点的角速度、周期、频率相同,但线速度不同,离圆心越远,线速度越大。它们之间的关系如下:
各特征量间关系
(6)向心加速度
反映质点点做匀速圆周运动线速度方向变化快慢的物理量。
大小:
向心加速度
方向:时刻指向圆心。
(7)向心力
时刻指向圆心的力,它只改变线速度的方向,不改变线速度的大小,产生向心加速度。
大小:
向心力的大小
方向:时刻指向圆心。
5.深化
(1)向心力,是按照力的效果来命名的,可以是一种性质的力来充当向心力,也可以是几种性质的力来充当向心力,或者是一种性质的一个分力来充当向心力,或者是几种性质的力的合力的一个分力来充当向心力,所以向心力不是物体另外再受的力。
(2)只有质点做匀速圆周运动时合力大小才不变,方向才时刻指向圆心——向心力;加速度也才大小不变,方向也才时刻指向圆心——向心加速度。对于一般的圆周运动来说,质点所受的合力并不指向圆心,合力沿半径方向的分力才是向心力,合力沿切线方向的分力就是切向力。
例题1:关于做匀速圆周运动的物体,下列说法正确的是()
A.因为在相等的时间内,通过的圆弧长度相等,所以线速度恒定
B.若物体在0.1秒内通过30度角则角速度为300弧度每秒
C.若半径r一定,则线速度与角速度成反比
D.若半径为r,周期为T,则线速度大小为2兀r/T
解析:物体做匀速圆周运动时线速度大小恒定,方向沿圆周的切线方向,在不断地改变,A错误;角速度w=△a/△t=5兀/3rad/S,B错误;线速度与角速度的关系为V=wr由该式可知,r一定时,v与w成反比,C错误;由线速度的定义可知,V=2兀r/T,D正确。选D。
例题2:下列说法中正确的是()
A.匀速圆周运动向心加速度大小不变,为匀变速曲线运动
B.圆周运动是变速运动,其加速度方向总是指向圆心
C.向心加速度是描述线速度方向变化快慢的物理量
D.向心加速度总是跟速度的方向垂直,方向时刻在改变
解析:匀速圆周运动虽然其向心加速度的大小始终不变,但其向心加速度的方向始终在改变,因而匀速圆周运动不是匀变速曲线运动,A错误;圆周运动是变速运动,其加速度为向心加速度和切向加速度的合加速度,因为向心加速度始终指向圆心,因而只有在切向加速度为零,即物体做匀速圆周运动时,合加速度的方向,才指向圆心,B错误;向心加速度始终垂直于速度方向,因而向心加速度是描述速度方向变化快慢的物理量,C、D正确。选C、D。
例题3:有一个水平大圆盘绕过圆心的竖直轴匀速转动,某人站在距圆心为r处的P点随圆盘共同运动,下列关于人的受力情况的说法中,正确的是()
A.人在p点,相对于盘静止,因此不受摩擦力作用
B.人随圆盘做匀速圆周运动,其重力和支持力充当向心力
C.人随圆盘做匀速圆周运动,圆盘对他的摩擦力充当向心力
D.若使圆盘以较小的转速转动时人在p点受到的摩擦力不变
解析:由于人随圆盘做匀速圆周运动,所以一定需要向心力,且该力一定指向圆心方向,因重力和支持力均在竖直方向上,他们不能充当向心力,因此人会受到摩擦力的作用,且摩擦力充当向心力,选项A、B错误,C正确;由于人随圆盘转动,半径不变,当圆盘的转速变小时,由向心力公式可知,所需向心力变小,受到的摩擦力变小,选项D错误。选C。
对于上题,向心力有两种说法:一种是人受到的重力、支持力和摩擦力的合力提供向心力;另一种是人受到的重力和支持力平衡,人受到的摩擦力来提供向心力。向心力不是人另外受到的力,人只受到三个力的作用!
请看:献给将要高考的考生——高中物理关键知识点剖析(28):匀速圆周运动的实例分析。