3.5勻速圓周運動（醫(yī)療衛(wèi)生類）

3.5勻速圓周運動一、新課導入二、新課講解1、圓周運動的描述2、向心力與向心加速度3、離心現(xiàn)象及應(yīng)用三、課堂小結(jié)四、課堂練習及作業(yè)布置新課導入在醫(yī)學檢驗中，離心機常作為分離血清和血漿、沉淀蛋白質(zhì)或檢查尿沉渣的儀器設(shè)備。利用離心機可使混合液中的懸浮微?？焖俪恋?，借以分離比重不同的各種物質(zhì)的成分。那么離心機的工作原理是什么？新課講解——圓周運動的描述提問：觀察在游樂場乘坐摩天輪時，人隨摩天輪運動有什么特點？當物體繞著一個半徑固定的圓周運動時，我們稱物體做圓周運動。新課講解——圓周運動的描述生活中的圓周運動葉片上的點時鐘指針的尖端

田徑場彎道上賽跑的運動員旋轉(zhuǎn)的鏈球新課講解——圓周運動的描述學生分組活動：觀察小球的圓周運動實驗過程：用手捏住細繩，把小球放在水平光滑的平板上，用力轉(zhuǎn)動繩子使小球在平板上做圓周運動。問題思考：如果小球逆時針轉(zhuǎn)動，標出圖中此時細繩對小球拉力的方向及小球的速度方向。新課講解——圓周運動的描述學生分組活動：觀察小球的圓周運動此時細繩對小球的拉力沿繩指向手，小球的速度方向沿運動軌跡的切線方向。新課講解——圓周運動的描述定義：如果小球沿著圓形軌跡以恒定的速率運動，這種運動稱為勻速圓周運動。做勻速圓周運動的物體：速度的大小不變速度的方向時刻變化新課講解——圓周運動的描述問題思考：將自行車后輪架起，轉(zhuǎn)動腳踏板，觀察大、小兩個齒輪邊緣上的點，哪個運動得更快些？同一個齒輪上到轉(zhuǎn)軸的距離不同的點，哪個運動得更快些？你能說出判斷運動快慢的依據(jù)嗎？新課講解——圓周運動的描述（1）勻速圓周運動的速度方向提問：在曲線運動中，我們?nèi)绾未_定物體做曲線運動的速度方向？與所有曲線運動一樣，物體做勻速圓周運動時，它在任意位置的速度方向就是該位置圓周的切線方向。新課講解——圓周運動的描述（2）勻速圓周運動的線速度

△t

＝？△x

＝？

新課講解——圓周運動的描述（2）勻速圓周運動的線速度

方向：切線方向新課講解——圓周運動的描述（2）勻速圓周運動的線速度勻速圓周運動中，線速度大小處處相等，但線速度的方向是不斷變化的。所以勻速圓周運動本質(zhì)上還是變速運動。vvvo“勻速”→“勻速率”新課講解——圓周運動的描述（3）勻速圓周運動的角速度

ΔθＯAB

新課講解——圓周運動的描述（3）勻速圓周運動的角速度

O

相等時間通過的弧長相等相等時間轉(zhuǎn)過的角度也相等勻速圓周運動是角速度不變的圓周運動新課講解——圓周運動的描述深入思考：討論線速度與角速度的區(qū)別問題情境：自行車是依靠鏈條傳動方式進行轉(zhuǎn)動的。如圖所示是一種自行車上的鏈條傳動裝置示意圖。在大、小齒輪輪緣上的A、B兩點貼上不同顏色的彩紙，當齒輪勻速轉(zhuǎn)動時：（1）在相同時間內(nèi)，觀察A、B兩點的彩紙通過的弧長是否相等，驗證這兩點的線速度大小是否相等。（2）在相同時間內(nèi)，觀察B點繞圓心轉(zhuǎn)過的角度與A點繞圓心轉(zhuǎn)過的角度是否相同，驗證這兩點的角速度大小是否相等。新課講解——圓周運動的描述深入思考：討論線速度與角速度的區(qū)別紅色貼紙代表A點，藍色貼紙代表B點。轉(zhuǎn)速太快，難以觀察？新課講解——圓周運動的描述深入思考：討論線速度與角速度的區(qū)別在皮帶上綁上一個絲帶，以便于比較A、B的線速度大小新課講解——圓周運動的描述深入思考：討論線速度與角速度的區(qū)別結(jié)論：（1）大小齒輪邊緣上的點A和點B線速度相等，通過的弧長也相等。（2）因為A、B兩點的線速度相同，而B點的半徑小于A點的半徑，因此B點的角速度大于A點的角速度。AB新課講解——圓周運動的描述（4）勻速圓周運動的周期、頻率和轉(zhuǎn)速定義：做勻速圓周運動的物體，運動一周所用的時間叫作周期。符號：T

單位：s周期越短，運動越快；周期越長，運動越慢。新課講解——圓周運動的描述（4）勻速圓周運動的周期、頻率和轉(zhuǎn)速

新課講解——圓周運動的描述（4）勻速圓周運動的周期、頻率和轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)速：是指物體單位時間所轉(zhuǎn)過的圈數(shù)與所用時間之比。技術(shù)中常用轉(zhuǎn)速來描述物體做圓周運動的快慢單位：轉(zhuǎn)每秒（r/s）、（r/min）符號：n新課講解——圓周運動的描述（4）勻速圓周運動的周期、頻率和轉(zhuǎn)速問題思考1：轉(zhuǎn)速與周期的關(guān)系？

在勻速圓周運動中T、f、n都不變。三者均為標量。

v

w

(r/s)新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力提問：游樂場里有各種有趣的游戲項目，空中飛椅因其刺激性而深受很多年輕人的喜愛。飛椅與人一起做勻速圓周運動的過程中，受到了哪些力？所受合力的方向有什么特點？新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力做圓周運動的物體，線速度的方向是時刻改變著的。那么迫使物體做圓周運動的力的方向有何特點呢？也就是說其運動狀態(tài)在不斷變化，根據(jù)牛頓第一定律說明物體一定受到了力的作用。vvvo新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力問題1：物體做圓周運動的力的方向有何特點呢？學生分組活動：體驗向心力實驗器材：一端系有細繩的小鐵球（有兩種鐵球，其中一個質(zhì)量更大）實驗過程：利用如圖所示的裝置做圓周運動實驗，體驗手對小球的拉力。實驗過程中思考以下四個問題：①當減小旋轉(zhuǎn)的速度時拉力會怎樣變化？②如果增大小球的旋轉(zhuǎn)半徑，細繩的拉力又會怎樣變化？③換一個質(zhì)量較大的鐵球進行實驗，細繩的拉力會怎樣變化？④將手松開，觀察小球是否能繼續(xù)做圓周運動。新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力問題1：物體做圓周運動的力的方向有何特點呢？學生分組活動：體驗向心力實驗結(jié)果：①保持旋轉(zhuǎn)半徑不變，當減小旋轉(zhuǎn)的速度時拉力會變小。②保持轉(zhuǎn)速不變，當增大小球的旋轉(zhuǎn)半徑時拉力會變大。③保持旋轉(zhuǎn)半徑和轉(zhuǎn)速相同，用質(zhì)量大的小鐵球時，細繩的拉力會變大。④將手松開，小球不能繼續(xù)做圓周運動，而是脫離圓周沿切線方向飛出。新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力問題1：物體做圓周運動的力的方向有何特點呢？

OOF拉小球受力分析vvvOF拉F拉F拉結(jié)論：使小球做圓周運動的力是細繩對小球的拉力，并且這個力一直指向圓心。合力的特點？

新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力問題2：向心力具有怎么樣的特點呢？特點1：只改變線速度的方向，不改變線速度的大小。特點2：向心力的方向是時刻在變化的，它是一個變力。特點3：向心力是根據(jù)效果命名的力，并不是一種新的性質(zhì)的力。vvvOF拉F拉F拉新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的來源向心力重力、彈力、摩擦力等力的性質(zhì)力的效果光滑面上小球做圓周運動：繩子拉力提供向心力新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的來源【問題情境1】圓錐擺如圖所示，一根結(jié)實細繩一端系一個小球，另一端固定，使小球在水平面內(nèi)做圓周運動，細繩就沿圓錐面旋轉(zhuǎn)，這就是圓錐擺。此時，小球在水平面內(nèi)做圓周運動的向心力是什么力呢？圓錐擺中小球做圓周運動的向心力是重力和繩子拉力的合力。新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的來源【問題情境2】旋轉(zhuǎn)圓盤如圖所示，在一個旋轉(zhuǎn)的圓盤上，圓盤上的人和物體能隨水平圓盤一起勻速轉(zhuǎn)動。人或物體在做圓周運動，提供人或物體做圓周運動的向心力是什么力呢？

新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的來源【問題情境3】汽車轉(zhuǎn)彎汽車在彎道轉(zhuǎn)彎，相當于汽車在做圓周運動，如圖所示。如果彎道路面是水平的，此時提供汽車做圓周運動的向心力是什么力？汽車受重力、支持力和靜摩擦力，豎直方向上重力和支持力平衡，此時的向心力由車輪與路面之間的靜摩擦力提供.新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的來源【問題情境4】漏斗小球把一個小球放在玻璃漏斗中，晃動漏斗，可以使小球沿光滑漏斗壁做在某一水平面內(nèi)做勻圓周運動，小球的向心力由什么力提供？θOrG=mgFNF合如圖所示，對物塊進行受力分析，由支持力與重力的合力提供向心力，也可以說是支持力的水平分力提供向心力。向心力的來源：可以是重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)的力，也可以是幾個力的合力，還可以是某個力的分力。新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的大小思考：做圓周運動的物體所受向心力的大小與哪些因素有關(guān)系？學生分組實驗：測量向心力實驗器材：一段尼龍線、圓珠筆桿、彈簧測力計、一小塊橡皮實驗過程：讓尼龍線穿過圓珠筆桿，線的一端拴小塊橡皮，另一端系在彈簧測力計上，彈簧測力計固定，如圖所示。握住筆桿，使橡皮平穩(wěn)旋轉(zhuǎn)，橡皮近似做勻速圓周運動。橡皮做勻速圓周運動的向心力可近似認為是尼龍線的拉力，從彈簧測力計上可讀出尼龍線的拉力。新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的大小

控制變量法新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的大小

新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力向心力的大小

新課講解——向心力與向心加速度（1）向心力【課堂練習】一個圓盤在水平面內(nèi)勻速轉(zhuǎn)動，角速度是4rad/s，盤面上距圓盤中心0.10m的位置有一個質(zhì)量為0.10kg的小物體在隨圓盤一起做勻速圓周運動，求小物體所受向心力的大小。

新課講解——向心力與向心加速度（2）向心加速度線速度大小方向不變時刻變化

這個加速度的方向沿哪里呢？vvvO新課講解——向心力與向心加速度（2）向心加速度vvvOF合F合F合F合=maa方向與F合方向相同定義：任何做勻速圓周運動的物體的加速度都指向圓心，這個加速度叫做向心加速度。vvvOaaa①方向：始終指向圓心并垂直于速度②方向時刻改變，是個變量。勻速圓周運動是變加速運動。新課講解——向心力與向心加速度（2）向心加速度

把向心力公式代入牛頓第二定律，得：

F合=ma

新課講解——向心力與向心加速度【例題】凸形路面是一種常見的路面，汽車在凸形路面上行駛時的運動可以看作圓周運動。一質(zhì)量為m的汽車在橋上以速度v勻速行駛，橋面是半徑為R的凸形路面，如圖所示。當汽車走到橋中央時，求汽車對橋的壓力。新課講解——向心力與向心加速度

生活小貼士：我們乘坐汽車過凸形路面最高點時，如果速度過快，人就會有一種“上飄”的感覺。新課講解——向心力與向心加速度思考與拓展：如果汽車路過的是凹形路面，如圖所示，其他條件不變，汽車走到凹形路面最低點時，求汽車對凹形路面的壓力。新課講解——向心力與向心加速度

新課講解——向心力與向心加速度

新課講解——向心力與向心加速度

新課講解——向心力與向心加速度應(yīng)用向心力和向心加速度解題的基本思路：①明確研究對象，分析它的運動情況，重點分析軌跡所在的平面和圓心位置，確定向心加速度的方向。②分析物體的受力情況，求出沿半徑方向的合外力。③由牛頓第二定律可列出向心力與向心加速度的方程并求解。④注意所求力的作用對象，考慮是否利用牛頓第三定律得出最終答案。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（1）離心現(xiàn)象我們乘公交車出行，當公交車轉(zhuǎn)彎時，司機師傅會減慢速度，同時車上廣播會提醒乘客拉好扶手，否則如果公交車轉(zhuǎn)彎速度過大，乘客身體會向彎道的外側(cè)傾倒，造成乘客摔倒受傷。這里蘊含著什么物理原理呢？人們常說車輛急轉(zhuǎn)彎時往往會發(fā)生離心現(xiàn)象，那么什么是離心現(xiàn)象呢？新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（1）離心現(xiàn)象演示實驗：墨水旋風實驗首先制作一個陀螺，準備一塊光滑、白色圓形厚紙板，用鐵釘將紙板中心固定。然后，在紙板上不同位置滴幾滴墨水。在墨水未干之前，輕輕旋轉(zhuǎn)陀螺。當陀螺停止旋轉(zhuǎn)時，墨水在紙板上留下移動的軌跡，墨水痕跡呈旋風狀，如圖所示。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（1）離心現(xiàn)象演示實驗：墨水旋風實驗觀察思考：為什么墨水在紙板上留下旋風狀的圖案？當紙板旋轉(zhuǎn)速度加快時，墨水需要的向心力也增加，當紙板與墨水之間的相互作用力不足以提供墨水做圓周運動所需要的向心力時，墨水就會做遠離圓心的運動。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（1）離心現(xiàn)象定義：物體做遠離圓心的運動，稱為離心運動，這種現(xiàn)象稱為離心現(xiàn)象。提問：什么情況下物體做離心運動呢？當向心力不足以提供向心運動需要的向心力時，就會做離心運動。

F供=

F合受力分析運動分析新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（1）離心現(xiàn)象

新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（2）生活中的離心現(xiàn)象【生活情境1】洗衣機的內(nèi)筒是甩干筒，筒的轉(zhuǎn)軸通過傳動帶與電動機相連。將潮濕的衣服放入筒內(nèi)后，啟動電動機，甩干筒就會繞軸高速旋轉(zhuǎn)，衣服中的水隨著筒的旋轉(zhuǎn)從桶壁的小孔中被甩出去，一會兒衣服上的水就基本上被甩沒了。衣服中的水從筒壁小孔中被甩出去的現(xiàn)象就是離心現(xiàn)象。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（2）生活中的離心現(xiàn)象【生活情境2】離心機在醫(yī)院實驗室中的應(yīng)用非常廣泛。在醫(yī)學檢驗中，離心機是用來分離血清和血漿、沉淀蛋白質(zhì)或檢查尿沉渣的儀器設(shè)備。離心機有一個繞本身軸線高速旋轉(zhuǎn)的圓筒，稱為轉(zhuǎn)鼓，通常由電動機驅(qū)動。懸浮液（或乳濁液）加入轉(zhuǎn)鼓后，被迅速帶動與轉(zhuǎn)鼓同速旋轉(zhuǎn)，在離心力作用下各組分分離。通常，轉(zhuǎn)鼓轉(zhuǎn)速越高，分離效果越好。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（2）生活中的離心現(xiàn)象【生活情境2】離心機是利用旋轉(zhuǎn)運動產(chǎn)生的離心力以及物質(zhì)的沉降系數(shù)或浮力、密度的差異進行分離、濃縮和提純生物樣品的，可以分為離心過濾和離心沉降兩種。離心過濾：離心過濾是分離懸浮液中的顆粒，實現(xiàn)固-液分離的方法。離心沉降：離心沉降是實現(xiàn)液-液或液-固分離的方法。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（2）生活中的離心現(xiàn)象【生活情境3】汽車在轉(zhuǎn)彎時所做的運動，可以看成是一種局部的圓周運動。汽車轉(zhuǎn)彎時速度過大、雨天路滑、汽車質(zhì)量過大等原因，都會使汽車所需向心力大于最大靜摩擦力，如圖所示，汽車就會因為向外側(cè)滑做離心運動而造成事故。因此，在公路彎道，車輛行駛速度不允許超過規(guī)定的速度。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（2）生活中的離心現(xiàn)象思考與拓展：隨著我國高速公路網(wǎng)的建設(shè)，在高速公路轉(zhuǎn)彎處，如何使汽車不必大幅減速而安全通過呢？利用彎道處“外高內(nèi)低”的斜坡式設(shè)計，汽車轉(zhuǎn)彎時依靠重力與支持力的合力獲得向心力，如圖所示，可以使汽車以較高的速度安全通過彎道，這樣設(shè)計既能節(jié)約燃料，又提高了道路的通行能力。若轉(zhuǎn)彎處彎道半徑為R，請計算圖中的汽車轉(zhuǎn)彎時向心力的大小，以及使汽車安全過彎的最大速度。新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用（2）生活中的離心現(xiàn)象

新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用【課堂練習】下列現(xiàn)象中，利用了離心現(xiàn)象的是（

），為了防止離心現(xiàn)象產(chǎn)生的影響的是（

）A.用洗衣機脫水B.用離心沉淀器分離物質(zhì)C.汽車轉(zhuǎn)彎時要減速D.轉(zhuǎn)動雨傘，可以去除雨傘上的一些水E.站在公交汽車里的乘客，在汽車轉(zhuǎn)彎時要用手拉緊扶手ABDCE新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用中國工程：中國載人航天新課講解——離心現(xiàn)象及應(yīng)用中國工程：中國載人航天載人離心機訓練的是航天員的超重耐力，為了模擬持續(xù)超重狀態(tài)下，宇航員們進行的8G離心機訓練，就是在短短的40秒時間內(nèi)達到8倍重力加速度。在離心機上，航天員被固定在旋轉(zhuǎn)體上，當旋轉(zhuǎn)體快速旋轉(zhuǎn)時，航天員會感受到離心力作用，在時速100公里旋轉(zhuǎn)的離心機中，常人只能承受3至4倍重力加速度，而航天員要承受8倍，相當于8個自己的重量壓在身上，往往面部肌肉變形，呼吸異常困難，這些訓練挑戰(zhàn)生理與心理極限。課堂小結(jié)圓周運動的描述

向心力與向心加速度

課堂小結(jié)離心現(xiàn)象

課堂練習及作業(yè)布置【課堂練習