第四章周期运动.docx
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1、第四章周期运动导学在本章中你将知道: 什么是周期运动? 什么是圆周运动、机械振动、机械波? 如何描述各种周期运动? 各种周期运动在生产和生活中有哪些应用?我们身边有许多运动是不断重复进行的,如小孩在地面上拍皮球时皮球的运动,游乐场里的秋千、摩天轮和荡船的运动,自然界中的日落日出、彗星回归、海浪起伏等,还有生产中木工锯木时锯子的往复动作、自动装配线上机械手的动作、各类机器工作时运动部件的重复运动这些现象有的比较简单,有的比较复杂,但它们都表现出一个共同的特点,就是运动不断重复。如果运动物体从任一时刻开始,每经过一定的时间,它的位移、速度、加速度等完全恢复到与该时刻的相同,这种运动就叫做周期运动,
2、每重复一次运动所需的时间叫做周期。图4-1所示是游乐场的荡船的运动,图4-2所示是实验室水槽中的人造波浪的运动,图4-3是哈雷彗星轨道示意图,哈雷彗星每隔76年就要在地球附近出现一次。这些都是周期运动的实例。图4-1图4-2图4-3自主活动测量自己呼吸和脉搏的周期。要求先不用任何仪器,凭感觉猜测自己呼吸一次、心跳一次所用的时间,记在纸上。再考虑选择适当的仪器和方法,测出自己呼吸和脉搏的周期,与自己的猜测比较。还可以与同学相互测量,验证各人的测量结果。第四章A匀速圆周运动如果物体沿着一个圆周运动,我们就说物体在做圆周运动。很多常见的圆周运动都是周期运动,在生活中做圆周运动的物体很多,例如娱乐场所
3、的空中转椅在运行时就做圆周运动。高度在IOOm以上的空中转椅又叫做摩天轮。图44是位于上海市锦江乐园的摩天轮,它的高度为108m,直径98m,每次可乘坐378人,坐在轿厢内的游客转一圈需25min,当你坐在开动着的摩天轮上,从高空饱览美丽风光的同时,你就正沿着一个圆周在运动。图4-4除了摩天轮外,在生产、生活和自然界中还有很多物体在做圆周运动,如图4-5所示的家用洗衣机转筒上的各点、图4-6所示的旋转餐厅的座椅、图4-7所示的旋转木马上的游客等。图4-5图46图47圆周运动和直线运动有什么不同?以前我们学习的运动都是直线运动,也就是说质点的运动轨迹是一条直线,木节要讨论质点沿着圆周的运动。圆周
4、运动和直线运动有两点不同:第一,当然是它们运动的轨迹不同;第二,这两种运动产生的条件不同。1 .圆周运动(circu1armotion)质点沿着圆周所做的运动,就是圆周运动。质点做直线运动的条件是质点不受力,或者所受合外力等于零,或者所受合外力的方向与质点速度的方向在同一直线上。如果质点不受力,或者所受合外力等于零,它将做匀速直线运动;如果所受合外力的方向与速度方向相同,它将做加速直线运动;如果所受合外力的方向与速度方向相反,它将做减速直线运动。那么质点做圆周运动的条件是什么呢?为了研究这个问题,我们先做一个小实验,然后展开讨论。自主活动用一根细绳拴住一个小球或一串钥匙,如图4-8所示,抡动细
5、绳使小球或钥匙做圆周运动,感受手对绳的拉力,并说明为什么?图48根据自主活动中的体会,我们从理论上分析质点做圆周运动的条件。由牛顿定律可知,外力不仅可以改变速度的大小,还可以改变速度的方向。质点在做圆周运动时,它的速度方向不断改变,这是外力作用的结果。在自主活动的小实验中,这个外力就是细绳对小球或钥匙的拉力。也就是说,如果质点做圆周运动,那么质点所受的合外力或者合外力的某个分力一定指向一个固定的圆心。这个不断改变质点运动方向,并始终指向圆心的力叫做向心力。在图4-9中,H和B表示质点在不同位置所受的向心力。可见,受到向心力作用是质点做圆周运动的条件。52 .质点做圆周运动的条件如果质点做圆周运
6、动,质点一定会受到向心力的作用,这个向心力不断改变质点运动的方向,并始终沿着半径指向圆心。点击曲线运动如果质点的运动轨迹是一条曲线,质点的运动就叫做曲线运动,例如运动员在弯道上奔跑、炮弹在空中的飞行等。圆周运动是曲线运动的一种。质点做曲线远动的原因也和它的受力情况有关。当质点所受合外力不为零,而且合外力方向与质点初速度的方向不在一直线时,质点就会不断改变运动方向而做曲线运动。在各种曲线运动中,如果质点所受合外力或者合外力的某个分力始终指向一个固定的圆心,质点就可能做圆周运动;如果质点所受合外力或者合外力的某个分力没有始终指向圆心,也就是不存在向心力时,质点就做其他曲线运动。怎样比较圆周运动的快
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