匀速圆周运动小结

(整期优先)网络出版时间:2011-12-22
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匀速圆周运动小结

门俊涛

陕西省旬邑中学门俊涛

本文将匀速圆周运动的一些主要知识点归纳如下,供初学者参考。

1.匀速圆周运动

(1)理解描述匀速圆周运动快慢的物理量

线速度和角速度都是描述匀速圆周运动的质点运动快慢的物理量,线速度侧重于物体通过弧长快慢的程度;角速度侧重于质点转过角度的快慢程度。它们都有一定的局限性,任何一个速度(v或ω)都无法全面准确反映出做匀速圆周运动质点的运动状态。

(2)掌握线速度、角速度、周期﹑频率间的关系

注意①ω、T、f三个量中任一个量确定,其余两个量也就确定,但v还和r有关;②固定在同一根转轴上转动的物体其角速度相等;③用皮带传动、铰链传动、齿轮咬合都满足边缘线速度大小相等。

2.匀速圆周运动的向心力

向心力的作用效果只改变线速度方向,不改变线速度大小。

(1)向心力大小跟物体质量m、圆周半径r和运动角速度ω有关,其关系为:

(2)向心加速度

①概念向心力产生的加速度,只是描述线速度方向变化的快慢。

③方向总是指向圆心,时刻在变化,是一个变加速度。

注意当ω为常数时,a向心与r成正比;当v为常数时,a向心与r成反比;若无特殊条件,不能说a向心与r成正比还是反比。

3.典型实例分析:汽车过凸桥

我们来分析汽车过拱桥最高点时对拱桥的压力。设汽车质量为m,过最高点时速度为v,桥面半径为r。汽车在拱桥最高点时受力情况如下图所示,重力G和桥对汽车的支持力F1的合力就是汽车做圆周运动的向心力,方向竖直向下(指向圆心),所以

G-F1=m,则F1=G-m

汽车对桥的压力F1′与桥对汽车的支持力F1是一对作用力和反作用力,故压力:

F1′=F1=G-m

例题如下图所示,直径为d的纸制圆筒,使它以角速度ω绕轴O匀速转动,然后使子弹沿直径穿过圆筒,若子弹在圆筒旋转不到半周时在圆筒上留下a、b两个弹孔,已知aO、bO的夹角为φ,求子弹的速度。

解析子弹从a穿入圆筒到从b穿出圆筒,圆筒转过的角度为(π-φ),

则子弹穿过圆筒的时间为:

在这段时间内子弹的位移为圆筒的直径d,则子弹的速度为: