2.甲、乙两物体都做匀速圆周运动,则下列说法中正确的是( )
A.若它们的线速度相等,角速度也一定相等
B.若它们的角速度相等,线速度也一定相等
C.若它们的周期相等,角速度也一定相等
D.若它们的周期相等,线速度也一定相等
解析:
选C 由公式v=ωr知,当甲、乙两物体的半径r相等时,才满足线速度相等角速度一定相等或角速度相等线速度一定相等,故A、B错误;由公式T=知,当半径r相等时,才能满足周期相等线速度一定相等,故D错误;由公式T=知,周期相等时,角速度也一定相等,故C正确。
3.甲、乙两物体都做匀速圆周运动,转动半径之比为1∶2,在相等时间里都转过60°圆心角。
则( )
A.线速度之比为1∶2B.线速度之比为2∶1
C.角速度之比为2∶1D.角速度之比为1∶2
解析:
选A 根据角速度定义式ω=,角速度之比为1∶1,故C、D错误;甲、乙两物体转动半径之比为1∶2,角速度之比为1∶1,根据线速度与角速度关系公式v=ωr,线速度之比为1∶2,故A正确,B错误。
三类传动装置对比
同轴传动
皮带传动
齿轮传动
装置
A、B两点在同轴的一个圆盘上
两个轮子用皮带连接,A、B两点分别是两个轮子边缘的点
两个齿轮轮齿啮合,A、B两点分别是两个齿轮边缘上的点
特点
角速度、周期相同
线速度相同
线速度相同
转动方向
相同
相同
相反
规律
线速度与半径成正比:
=
角速度与半径成反比:
=。
周期与半径成正比:
=
角速度与半径成反比:
=。
周期与半径成正比:
=
[典例] 如图所示,皮带传动装置上有A、B、C三点,OA=O′C=r,O′B=2r,则皮带轮转动时下列关系成立的是( )
A.vA=vB,vB=vCB.ωA=ωB,vB>vC
C.vA=vB,ωB=ωCD.ωA>ωB,vB=vC
[解析] 根据同轮轴上的点角速度相等,可得ωB=ωC,同皮带上的点线速度大小相等,可得vA=vB,由v=ωr,即有角速度相等时,半径越大,线速度越大,则得vB>vC,线速度相等时,角速度与半径成反比,则得ωA>ωB,由上可得:
ωA>ωB=ωC,vA=vB>vC,故C正确,A、B、D错误。
[答案] C
解决传动问题的两个关键点
(1)绕同一轴转动的各点角速度ω、转速n和周期T相等,而各点的线速度v=ωr与半径r成正比。
(2)在皮带不打滑的情况下,皮带和皮带连接的轮子边缘各点线速度的大小相等,不打滑的摩擦传动两轮边缘上各点线速度大小也相等,而角速度ω=与半径r成反比。
1.如图所示,跷跷板的支点位于板的中点,A、B是板的两个端点,在翘动的某一时刻,A、B的线速度大小分别为vA、vB,角速度分别为ωA、ωB,则( )
A.vA=vB,ωA=ωBB.vA≠vB,ωA=ωB
C.vA=vB,ωA≠ωBD.vA≠vB,ωA≠ωB
解析:
选A A与B均绕跷跷板的中点做圆周运动,在相同的时间转过的角度相等,由角速度的定义式ω=,可知角速度相等。
由角速度与线速度关系公式v=ωr,两端点的转动半径相同,故线速度相等,A正确。
2.如图所示的是一个玩具陀螺。
a、b和c是陀螺上的三个点。
当陀螺绕垂直于地面的轴线以角速度ω稳定旋转时,下列表述正确的是( )
A.a、b和c三点的线速度大小相等
B.a、b和c三点的角速度相等
C.a、b的角速度比c的大
D.c的线速度比a、b的大
解析:
选B a、b、c三点为共轴转动,故角速度相等,B正确,C错误;又由题图知,三点的转动半径ra=rb>rc,根据v=ωr知,va=vb>vc,故A、D错误。
3.如图所示,A、B两点分别位于大小轮的边缘上、C点位于大轮半径的中点,大轮的半径是小轮的2倍,它们之间靠摩擦传动,接触面上没有滑动,以下说法正确的是( )
A.ωA=2ωCB.ωB=2ωA
C.vA=vCD.vA=2vB
解析:
选B 由题图可知,A与C属于同轴转动,所以角速度是相等的,故A错误;点A和点B属于同缘传送,具有相同的线速度大小,由:
v=ωr,结合A的半径是B的半径的2倍,所以ωB=2ωA,故B正确,D错误;A、C两点角速度大小相等,C点位于大轮半径的中点,半径是A点半径的一半,再根据v=ωr可知,A、C两点的线速度之比为2∶1,故C错误。
匀速圆周运动的多解问题
[典例] [多选]如图所示,直径为d的竖直圆筒绕中心轴线以恒定的转速匀速转动。
一子弹以水平速度沿圆筒直径方向从左侧射入圆筒,从右侧射穿圆筒后发现两弹孔在同一竖直线上且相距为h,则( )
A.子弹在圆筒中的水平速度为v0=d
B.子弹在圆筒中的水平速度为v0=2d
C.圆筒转动的角速度可能为ω=π
D.圆筒转动的角速度可能为ω=3π
[解析] 子弹做平抛运动,故运动的时间t=,水平位移为d,则d=v0t,解得水平速度v0=d,故A正确,B错误;由题意知,t==,n=0,1,2,3,…;解得ω=2π,当n=0时,C选项正确,当n=1时,D选项正确。
[答案] ACD
匀速圆周运动的多解问题的解题思路
(1)明确两个物体参与运动的性质和求解的问题;两个物体参与的两个运动虽然独立进行,但一定有联系点,其联系点一般是时间或位移等,抓住两运动的联系点是解题关键。
(2)注意圆周运动的周期性造成的多解。
分析问题时可暂时不考虑周期性,表示出一个周期的情况,再根据运动的周期性,在转过的角度θ上再加上2nπ,具体n的取值应视情况而定。
1.[多选]如图所示,直径为d的纸筒绕垂直于纸面的O轴匀速转动(图示为截面)。
从枪口射出的子弹以速度v沿直径穿过圆筒,若子弹穿过圆筒时先后在筒上留下A、B两个弹孔。
AO与BO的夹角为θ,则圆筒转动的角速度ω可能为( )
A.vB.v
C.vD.v
解析:
选CD 如果圆筒顺时针转动,圆筒转过的角度为α=2nπ+π+θ(其中:
n=0,1,2,…),经历的时间为t=,故圆筒转动的角速度ω===v,当n=1时,ω=v,故C正确;子弹穿过圆筒的过程中,如果圆筒逆时针转动,圆筒转过的角度为α=2nπ+π-θ(其中:
n=0,1,2,…),时间:
t=,故圆筒转动的角速度ω===v,当n=1时,ω=v,故D正确。
2.[多选]如图所示,M是水平放置的半径足够大的圆盘,绕过圆心O的竖直轴OO′匀速转动,规定经过O点且水平向右为x轴的正方向。
在O点正上方距盘面高为h处有一个可间断滴水的容器,从t=0时刻开始随传送带沿与x轴平行的方向做匀速直线运动。
已知t=0时刻滴下第一滴水,以后每当前一滴水刚好落到盘面上时,后一滴水恰好开始下落。
要使每一滴水在盘面上的落点都位于同一直线上,圆盘转动的角速度可能为( )
A.B.π
C.πD.2π
解析:
选BC 水滴在竖直方向做自由落体运动,有:
h=gt2,解得:
t=,要使每一滴水在圆盘面上的落点都位于同一条直线上,在相邻两滴水的下落时间内,圆盘转过的角度为nπ,所以角速度为ω==nπ(n=1,2,3,…),故B、C正确,A、D错误。
1.[多选]下列关于匀速圆周运动的说法中,正确的是( )
A.是线速度不变的运动 B.是角速度不变的运动
C.是周期不变的运动D.是位移不变的运动
解析:
选BC 匀速圆周运动中线速度的大小不变,方向不断变化;角速度的大小和方向都不变,周期不变,位移的方向时刻改变,故A、D错误,B、C正确。
2.[多选]关于地球上的物体随地球自转的角速度、线速度的大小,下列说法正确的是( )
A.在赤道上的物体线速度最大
B.在两极的物体线速度最大
C.在赤道上的物体角速度最大
D.在北京和广州的物体角速度一样大
解析:
选AD 地球上的物体随地球一起绕地轴匀速转动,物体相对地面的运动在此一般可忽略,因此物体随地球一起绕地轴匀速转动的角速度一样,由v=ωr知半径大的线