圓周運(yùn)動(dòng),顧名思義就是在一個(gè)物體在圓上轉(zhuǎn)圈,或者說這個(gè)物體的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓形路徑或軌跡的一部分或全部。他在學(xué)習(xí)的時(shí)候,首先要有個(gè)概念,那就是圓周運(yùn)動(dòng),也是曲線運(yùn)動(dòng),他的分析研究的方法也是運(yùn)動(dòng)的合成與分解,只不過由于它的運(yùn)動(dòng)軌跡比較特殊,所以也具備了一定的特點(diǎn)。
首先我們來看描述圓周運(yùn)動(dòng)需要哪些物理量:S為弧長,θ為弧度,r指半徑,V為線速度,a為加速度,T為周期,ω為角速度(單位:rad·s-1),n為轉(zhuǎn)速。
一是線速度:描述質(zhì)點(diǎn)沿圓周運(yùn)動(dòng)的快慢,是矢量。質(zhì)點(diǎn)沿圓周運(yùn)動(dòng)通過的弧長ΔL與所用的時(shí)間Δt的比值叫做線速度,或者角速度與半徑的乘積。因?yàn)榫€速度有些時(shí)候也可以通過已知加速度來求。V=2πr/T=ωr=S/t=2πnr。
二是角速度:半徑轉(zhuǎn)過的弧度(弧度制:360°=2π)與所用時(shí)間t的比值。ω=2π/T=V/r=θ/t=2πn。
三是切向加速度:物體運(yùn)動(dòng)的速率或者說線速度改變的快慢。
四是法向加速度:向心力提供運(yùn)動(dòng)物體所需的加速度。這向心力把運(yùn)動(dòng)物體拉向圓形軌跡的中心點(diǎn)。若果沒有向心力,物體會(huì)跟隨牛頓第一定律慣性地進(jìn)行直線運(yùn)動(dòng)。說白了,它反映的是物體的速度方向改變的快慢。a=V2/r=ω2r。法向加速度的證明方法很多,我們掌握書本上的定義證明方法就行。)利用加速度的定義推導(dǎo)(又稱矢量合成法):

?如上圖所示:設(shè)小球在很短的時(shí)間t內(nèi)從A運(yùn)動(dòng)到B,在時(shí)間t內(nèi)速度變化為△v,因?yàn)椤鱋AB∽△BDC(可自己證一下),所以有:△v/v=AB/R,當(dāng)t→0時(shí),AB=弧AB(注意體會(huì)極限思想),所以:v=弧AB/t,a=△v/t,所以a=v2/R
五是周期:作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,轉(zhuǎn)過一周所用的時(shí)間。T=2πω/T=2πr/V
六是轉(zhuǎn)速:作勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體,單位時(shí)間所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)。n=1/T
強(qiáng)調(diào)兩點(diǎn):1.角度的單位一定要用弧度,只有角速度的單位是弧度/秒時(shí),上述公式才成立。
2.線速度與角速度的關(guān)系是由圓的性質(zhì)決定的,屬于數(shù)學(xué)知識(shí)不再贅述。
根據(jù)線速度的大小改變與否,可以分為變速圓周運(yùn)動(dòng)和勻速圓周運(yùn)動(dòng)兩類。
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