高中物理第6章第二单元 第3课时
高中物理必修二人教版2019第6章圆周运动2第2课时实验：探究向心力大小的表达式
和质量相等可知,两钢球转动的角速度之比为1∶3。因为靠
皮带传动,两变速塔轮的线速度大小相等,根据v=rω知,与皮带
连接的两变速塔轮的半径之比为3∶1,选项D正确。
十年寒窗磨利剑，
一朝折桂展宏图！
一、感受向心力
1.实验原理
如图所示,在绳子的一端拴一个小沙袋(或其他小物体),另一
端握在手中。将手举过头顶,使沙袋在水平面内做圆周运动。
此时,沙袋所受的向心力近似等于手通过绳对沙袋的拉力。
2.实验步骤
(1)在小沙袋的质量和角速度不变的条件下,改变小物体做
圆周运动的半径进行实验,比较向心力与半径的关系。
可以使变速塔轮2和3以及长槽4和短槽5随之
匀速转动。皮带分别套在塔轮2和3上的不同
圆盘上,可使两个槽内的小球分别以几种不同的角速度做匀速圆
周运动。使小球做匀速圆周运动的向心力由横臂6的挡板对小球
的压力提供。球对挡板的反作用力,通过横臂的杠杆作用使弹簧
测力套筒7下降,从而露出标尺8。根据标尺8上露出的红白相间等
3.0
9.00
该同学对数据分析后,在图乙坐标系中作出了F-v2图线。
①描出上述5个点,并作出F-v2图线。
②若圆柱体运动轨迹半径r=0.2 m,由作出的F-v2图线可得圆
柱体的质量m=
kg(保留两位有效数字)。
答案:(1)B (2)①见解析 ②0.18
解析:(1)实验中探究向心力和线速度的关系时,保持圆柱体
转动半径相同,探究向心力与角速度的关系。
3.实验结论
在半径和角速度一定的情况下,向心力大小与质量成正比。
在质量和角速度一定的情况下,向心力大小与半径成正比。
2018高中物理第六章万有引力与航天8天体运行中的超重与失重学案新人教版必修2
天体运行中的超重与失重知识点考纲要求题型分值万有引力和航天会分析人造卫星运动的各个阶段的超失重问题选择题4~6分一、人造卫星上的超重与失重1. 人造卫星在发射升空和返回地面的过程中的加速度方向均向上，因为都是超重现象。
2. 人造卫星在沿圆轨道运行时，由于万有引力提供向心力，所以处于完全失重状态。
证明：设地球和卫星的质量分别是M和m，卫星到地面的距离为r，角速度为ω，卫星内有一质量为m的物体，假设卫星内底板的支持力为NF，下面我们来求NF的大小：对卫星m和物体m组成的整体，由万有引力提供向心力得22()()M m mG m m rrω+=+，可得到GM=ω2r3对物体m，由万有引力与支持力的合力提供向心力得22NMmG F m rrω-=，代入求得：0NF=这就是说，卫星中的物体与卫星底板间无相互作用，即物体处于完全失重状态。
二、地球在赤道上的失重问题地球不停地自转，除两极外，地球上的物体由于绕地球做匀速圆周运动，都处于失重状态，且赤道上的物体失重最多。
设地球为匀质球体，半径为R，表面的引力加速度为2Mg GR=，并不随地球自转变化。
1. 物体在赤道上的视重等于地球的引力与物体随地球自转、做匀速圆周运动所需的向心力之差。
对地球上的物体受力分析，由牛顿第二定律得：2Nmg F m Rω-=所以，物体在赤道上的视重2NF mg m R mgω=-<2. 物体在赤道上失去的重力等于绕地轴转动所需的向心力。
物体在赤道上失去的重力，即视重的减少量2NF F mg m Rω=-=3. 物体在赤道上完全失重的条件。
设想地球自转角速度增大为ω，使赤道上的物体刚好处于完全失重状态，即0NF=，则有2NF mg m Rω=-=，得22200024vmg ma m R m m RR Tπω====，所以完全失重的临界条件是：29.8m/sa g==1rad/s800gRω=≈7.9km/sv gR=≈02502484min gT s Rπ=≈≈ 4. 地球不因自转而瓦解的最小密度。
人教版高中物理必修3课程目录与教学计划表
人教版高中物理必修3课程目录与教学计
划表
课程目录
1. 第一章光的直线传播
- 1.1 光的直线传播特性
- 1.2 光的反射
- 1.3 镜子中的像
- 1.4 光的折射
- 1.5 细棱镜光的偏转和分光
- 1.6 选择折射率规律
- 1.7 光的全反射
- 1.8 光的色散与衍射
- 1.9 眼镜和光仪器
2. 第二章光的波动性及其应用
- 2.1 单色光
- 2.2 光的干涉
- 2.3 论干涉条纹
- 2.4 干涉仪
- 2.5 光的衍射
- 2.6 论衍射条纹
- 2.7 哈密顿原理及其应用
- 2.8 光波的多普勒效应
- 2.9 光的偏振
3. 第三章量子物理学原理
- 3.1 稳定原子模型及能级图
- 3.2 光电效应
- 3.3 单色光的能量量子化
- 3.4 X射线的产生及应用
- 3.5 康普顿效应
- 3.6 德布罗意波
- 3.7 玻尔原子模型和玻尔频率条件- 3.8 原子能级和光谱
教学计划表
以上为人教版高中物理必修3课程目录与教学计划表，共计28个课时。
注：每个课时的重点、难点和教学时长仅供参考，根据实际教学情况有所调整。
高中物理新教材同步 必修第二册 第6章 专题强化 竖直面内的圆周运动
专题强化 竖直面内的圆周运动[学习目标] 掌握竖直面内圆周运动的轻绳模型和轻杆模型的分析方法(重难点)。
一、竖直面内圆周运动的轻绳(过山车)模型1．如图所示，甲图中小球仅受绳拉力和重力作用，乙图中小球仅受轨道的弹力和重力作用，在竖直面内做圆周运动，小球在绳、轨道的限制下不能远离圆心且在最高点无支撑，我们称这类运动为“轻绳模型”。
轻绳模型弹力特征 在最高点弹力可能向下，也可能等于零受力示意图动力学方程 mg ＋F ＝m v 2r临界特征 F ＝0，即mg ＝m v 2r，得v ＝gr ，是物体能否过最高点的临界速度2.小球通过最高点时绳上拉力与速度的关系(1)v ＝gr 时，mg ＝m v 2r ，即重力恰好提供小球所需要的向心力，小球所受绳的拉力(或轨道的压力)为零。
(2)v <gr 时，mg >m v 2r ，即重力大于小球所需要的向心力，小球脱离圆轨道，不能到达最高点。
(3)v >gr 时，mg <m v 2r ，即重力小于小球所需要的向心力，小球还要受到向下的拉力(或轨道的支持力)，重力和拉力(或轨道的支持力)的合力充当向心力，mg ＋F ＝m v 2r。
例1 如图所示，长度为L ＝0.4 m 的轻绳，系一小球在竖直平面内做圆周运动，小球的质量为m ＝0.5 kg ，小球半径不计，g 取10 m/s 2，求：(1)小球刚好通过最高点时的速度大小；(2)小球通过最高点时的速度大小为4 m/s 时，绳的拉力大小； (3)若轻绳能承受的最大张力为45 N ，小球运动过程中速度的最大值。
答案 (1)2 m/s (2)15 N (3)4 2 m/s解析 (1)小球刚好能够通过最高点时，恰好只由重力提供向心力，故有mg ＝m v 12L ，解得v 1＝gL ＝2 m/s 。
(2)小球通过最高点时的速度大小为4 m/s 时，拉力和重力的合力提供向心力，则有F T ＋mg ＝m v 22L，解得F T ＝15 N 。
最新人教版高中物理选修3-2课后训练：第6章 传感器 综合检测B含答案
第六章综合检测(B卷)一、选择题(本题共12小题，每小题4分，共48分。
在每题给出的四个选项中，有的只有一项符合题目要求，有的有多项符合题目要求，全部选对的得4分，选对但不全的得2分，有选错的不得分)1．(多选)用多用电表的同一挡位测量热敏电阻和光敏电阻的阻值时，下列说法正确的是( )A．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越大B．测热敏电阻时，温度越高，多用电表指针偏角越小C．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越大D．测光敏电阻时，光照越弱，多用电表指针偏角越小答案AD解析根据热敏电阻的特点，温度越高电阻越小，多用表指针偏角越大，A对B错；由光敏电阻的特点，光照越弱，电阻越大，偏角越小，C错D对。
2．(多选)关于电饭锅，下列说法正确的是( )A．电饭锅中的感温磁体是一种半导体材料B．开始煮饭时，压下开关按钮的原因是克服弹簧的弹力使永磁体一端上升，上下触点接触接通电路C．用电饭锅煮米饭，饭熟后水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当升高到“居里温度”时，电饭锅会自动断电D．用电饭锅烧水，水沸腾后也可以自动断电答案BC解析电饭锅中使用的温度传感器元件是感温磁体，它是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的，选项A错误；用电饭锅烧水，水沸腾时的温度为100 ℃，达不到居里温度，不能自动断电，选项D错误；根据电饭锅的结构和工作原理可知，选项B、C正确。
3．(多选)如图所示为一种自动跳闸的闸刀开关，O是转轴，A是绝缘手柄，C是闸刀卡口，M、N接电源线，闸刀处于垂直纸面向里、磁感应强度B＝1 T的匀强磁场中，C、O间距离为10 cm。
当磁场力为0.2 N时，闸刀开关会自动跳开。
则要使闸刀开关能跳开，CO中通过的电流的大小和方向为( )A．电流方向C→D B．电流方向O→CC．电流大小为2 A D．电流大小为1 A答案BC解析 只有当OC 受到向左的安培力时，闸门才能自动跳开，根据左手定则知电流的方向是O →C ，OC 所受安培力大小为F 安＝BIL ＝1×I ×0.1 N ＝0.2 N ，从而解得I ＝2 A 。
高中物理新教材同步 必修第二册 第6章 2 第2课时 向心力的分析和向心力公式的应用
第2课时 向心力的分析和向心力公式的应用[学习目标] 1.会分析向心力的来源，掌握向心力的表达式，并能进行计算(重难点)。
2.知道变速圆周运动和一般曲线运动的受力特点(重点)。
一、向心力的来源分析和计算如图所示，在匀速转动的水平圆盘上有一个相对圆盘静止的物体。
(1)物体需要的向心力由什么力提供？物体所受摩擦力沿什么方向？(2)当转动的角速度变大后，物体仍与转盘保持相对静止，物体受到的摩擦力大小怎样变化？ 答案 (1)物体随圆盘转动时受重力、弹力、静摩擦力三个力作用，其中静摩擦力指向圆心提供向心力。
(2)当物体转动的角速度变大后，由F n ＝mω2r ，需要的向心力增大，静摩擦力提供向心力，所以静摩擦力也增大。
1．向心力的大小：F n ＝mω2r ＝m v 2r＝m ⎝⎛⎭⎫2πT 2r 。
2．向心力的来源分析在匀速圆周运动中，由合力提供向心力。
在非匀速圆周运动中，物体合力不是始终指向圆心，合力指向圆心的分力提供向心力。
3．几种常见的圆周运动向心力的来源实例分析图例向心力来源用细绳拴住小球在光滑的水平面内做匀速圆周运动(俯视图)绳的拉力(弹力)提供向心力物体随转盘做匀速圆周运动，且物体相对于转盘静止静摩擦力提供向心力在匀速转动的圆筒内壁上，有一物体随圆筒一起转动且未发生滑动弹力提供向心力用细绳拴住小球在竖直平面内做圆周运动，当小球经过最低点时拉力和重力的合力提供向心力飞机水平转弯做匀速圆周运动空气的作用力和重力的合力提供向心力例1(多选)(2023·唐山滦南县第一中学高一期末)如图所示，用细线悬吊着一个质量为m的小球，使小球在水平面内做匀速圆周运动，细线与竖直方向夹角为θ，线长为l，重力加速度为g，下列说法中正确的是()A．小球受重力、拉力、向心力B．小球受重力、拉力C．小球的向心力大小为mg tan θD．小球的向心力大小为mgcos θ答案BC解析对小球进行受力分析可知，小球受重力和拉力的作用，二者的合力提供小球做匀速圆周运动的向心力，故A错误，B正确；合力提供小球做匀速圆周运动的向心力，则有tan θ＝F合mg，因此向心力大小为F n＝F合＝mg tan θ，故C正确，D错误。
近年学年高中物理第6章相对论相对论简介学案教科版选修3-4(2021年整理)
2018学年高中物理第6章相对论相对论简介学案教科版选修3-4 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（2018学年高中物理第6章相对论相对论简介学案教科版选修3-4）的内容能够给您的工作和学习带来便利。
同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。
本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快业绩进步，以下为2018学年高中物理第6章相对论相对论简介学案教科版选修3-4的全部内容。
相对论简介【学习目标】1．理解经典的相对性原理．2．理解光的传播与经典的速度合成法则之间的矛盾．3．理解狭义相对论的两个基本假设．4．理解同时的相对性．5．知道时间间隔的相对性和长度的相对性．6．知道时间和空间不是脱离物质而单独存在的7．知道相对论的速度叠加公式．8．知道相对论质量．9．知道爱因斯坦质能方程．10．知道广义相对性原理和等效原理．11．知道光线在引力场中的弯曲及其验证．【要点梳理】要点一、相对论的诞生1．惯性系和非惯性系牛顿运动定律能够成立的参考系叫惯性系，匀速运动的汽车、轮船等作为参考系就是惯性系．牛顿运动定律不成立的参考系称为非惯性系．例如我们坐在加速的车厢里,以车厢为参考系观察路边的树木房屋向后方加速运动，根据牛顿运动定律，房屋树木应该受到不为零的合外力作用,但事实上没有，也就是牛顿运动定律不成立．这里加速的车厢就是非惯性系．相对于一个惯性系做匀速直线运动的另一个参考系也是惯性系．2．伽利略相对性原理力学规律在任何惯性系中都是相同的．即任何惯性参考系都是平权的．这一原理在麦克尔逊—莫雷实验结果面前遇到了困惑，麦克尔逊—莫雷实验和观测表明：不论光源与观察者做怎样的相对运动，光速都是一样的．3．麦克尔逊-莫雷实验（1）实验装置，如图所示．（2）实验内容:转动干涉仪，在水平面内不同方向进行光的干涉实验，干涉条纹并没有预期移动．（3）实验原理：如果两束光的光程一样，或者相差波长的整数倍,在观察屏上就是亮的；若两束光的光程差不是波长的整数倍，就会有不同的干涉结果．由于1M 和2M 不能绝对地垂直，所以在观察屏上可以看到明暗相间的条纹．如果射向1M 和2M 的光速不相同,就会造成干涉条纹的移动．我们知道地球的运动速度是很大的，当我们将射向M 的光路逐渐移向地球的运动方向时，应当看到干涉条纹的移动,但实际结果却看不到任何干涉条纹的移动．因此，说明光在任何参考系中的速度是不变的，它的速度的合成不满足经典力学的法则，因此需要新的假设出现，为光速不变原理的提出提供有力的实验证据．（4)实验结论：光沿任何方向传播时，相对于地球的速度是相同的．4．狭义相对论的两个基本假设(1）狭义相对性原理．在不同的惯性参考系中,一切物理定律总是相同的．(2）光速不变原理．真空中的光速在不同的惯性参考系中都是相同的．要点二、时间和空间的相对性1．“同时”是相对的A B、两个事件是否同时发生，与参考系的选择有关．汽车以较快的速度匀速行驶，车厢中央的光源发出的闪光，对车上的观察者，这个闪光照到车厢前壁和后壁的这两个事件是同时发生的．对车下的观察者，他观察到闪光先到达后壁后到达前壁．这两个事件是不同时发生的．2．长度的相对性（尺缩效应)长度的测量方法：同时测出杆的两端M N、的位置坐标．坐标之差就是测出的杆长．如果与杆相对静止的人认为杆长为l．与杆相对运动的人认为杆长为l．则21v l lc⎛⎫=- ⎪⎝⎭一根沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小，而在垂直于运动方向上，杆的长度没有变化．3．时间间隔的相对性(钟慢效应）某两个事件在不同的惯性参考系中观察,它们的时间间隔不一样．在与事件发生者相对静止的观察者测出两事件发生的时间间隔为τ∆，与事件发生者相对运动的观察者测得两事件发生的时间间隔为t ∆．21t v c ∆=⎛⎫- ⎪⎝⎭．4．相对论的时空观相对论认为空间和时间与物质的运动状态有关．经典物理则认为空间和时间是脱离物质而存在的，是绝对的，空间与时间之间没有什么联系．虽然相对论更具有普遍性，但是经典物理学作为相对论在低速运动时的特例，在自己的适用范围内还将继续发挥作用．要点三、狭义相对论的其他结论1．相对论速度变换公式相对论认为，如果一列沿平直轨道高速运行的火车对地面的速度为v ，车上的人以速度u ＇沿着火车前进的方向相对火车运动，那么这个人相对地面的速度2''1u v u u v c+=+． 理解这个公式时请注意：（1）如果车上的人的运动方向与火车的运动方向相反，则u ＇取负值．（2）如果v c ，'u c ，这时2'u v c可忽略不计，这时相对论的速度合成公式可近似变为u u v =+＇ (3）如果u ＇与v 的方向相垂直或成其他角度时，情况比较复杂，上式不适用．2．相对论质量相对论中质量和速度的关系为m =理解这个公式时请注意：(1）式中0m 是物体静止时的质量(也称为静质量），m 是物体以速度v 运动时的质量．这个关系式称为相对论质速关系，它表明物体的质量会随速度的增大而增大．（2）v c 时，近似地0m m =．（3）微观粒子的运动速度很高，它的质量明显地大于光子质量．例如回旋加速器中被加速的粒子质量会变大,导致做圆周运动的周期变大后，它的运动与加在D 形盒上的交变电压不再同步，回旋加速器的加速能量因此受到了限制．3．质能方程爱因斯坦质能关系式：2E mc =．理解这个公式请注意：（1）质能方程表达了物体的质量和它所具有的能量的关系:一定的质量总是和一定的能量相对应．（2)静止物体的能量为200E m c =,这种能量叫做物体的静质能．每个有静质量的物体都具有静质能．（3）对于一个以速率v 运动的物体，其动能222001)k E m c mc m c ==-．（4）物体的总能量E 为动能与静质能之和，即20k E E E mc =+=（m 为动质量)．（5）由质能关系式可知2E mc ∆=∆．（6）能量与动量的关系式E ∆=要点四、广义相对论、宇宙学简介1．狭义相对论无法解决的问题（1）万有引力理论无法纳入狭义相对论的框架．（2）惯性参考系在狭义相对论中具有特殊的地位．2．广义相对论的基本原理（1）广义相对性原理：爱因斯坦把狭义相对性原理从匀速和静止参考系推广到做加速运动的参考系,认为所有的参考系都是平权的，不论它们是惯性系还是非惯性系，对于描述物理现象来说都是平等的．（2)等效原理：在物理学上，一个均匀的引力场等效于一个做匀加速运动的参考系．3．广义相对论的几个结论（1)光线在引力场中偏转:根据广义相对论，物质的引力会使光线弯曲，引力场越强，弯曲越厉害．通常物体的引力场都太弱，但太阳引力场却能引起光线比较明显的弯曲．（2）引力红移：按照广义相对论,引力场的存在使得空间不同位置的时间进程出现差别．例如,在强引力的星球附近，时间进程会变慢，因此光振动会变慢，相应的光的波长变长、频率变小，光谱线会发生向红光一端移动的现象．光谱线的这种移动是在引力作用下发生的，所以叫“引力红移”．（3）水星近日点的进动：天文观测显示,行星的轨道并不是严格闭合的，它们的近日点（或远日点）有进动(行星绕太阳一周后，椭圆轨道的长轴也随之有一点转动，叫做“进动"），这个效应以离太阳最近的水星最为显著．广义相对论所作出的以上预言全部被实验观测所证实．还有其他一些事实也支持广义相对论．目前，广义相对论已经在宇宙结构、宇宙演化等方面发挥主要作用．（4)时间间隔与引力场有关，引力场的存在使得空间不同位置时间进程出现差别．（5）杆的长度与引力场有关．空间不是均匀的，引力越大的地方，长度越小．4．大爆炸宇宙学宇宙起源于一个奇点，在该奇点，温度为无穷大，密度为无穷大，空间急剧膨胀，即发生宇宙大爆炸．之后，宇宙不断膨胀,温度不断降低，大约经历200亿年形成我们今天的宇宙．宇宙还处于膨胀阶段，未来将会怎样演化,目前还不能完全确定．要点五、本章知识结构要点六、专题总结1．时空的相对性（1）“同时”的相对性：在经典的物理学上，如果两个事件在一个参考系中认为是同时的，在另一个参考系中一定也是同时的；而根据爱因斯坦的两个假设，同时是相对的．（2)“长度”的相对性：①如果与杆相对静止的人认为杆长是0l ，与杆相对运动的人认为杆长是l ,则两者之间的关系为：l l = ②一条沿自身长度方向运动的杆,其长度总比杆静止时的长度小．（3）“时间间隔”的相对性：运动的人认为两个事件时间间隔为τ∆，地面观察者测得的时间间隔为t ∆，则两者之间关系为：t ∆=．2．质速关系与质能关系(1）质速关系物体以速度v 运动时的质量m 与静止时的质量0m 之间的关系：m =（2）质能关系①相对于一个惯性参考系以速度v 运动的物体其具有的相对论能量2E mc ===．其中200E m c =为物体相对于参考系静止时的能量．②物体的能量变化E ∆与质量变化m ∆的对应关系：2E mc ∆∆=．【典型例题】类型一、相对论的诞生例1、如图所示，在列车车厢的光滑水平面上有一质量为 5 kg m =的小球，正随车厢一起以20 m/s 的速度匀速前进．现在给小球一个水平向前的 5 N F =的拉力作用，求经过10 s 时，车厢里的观察者和地面的观察者看到小球的速度分别是多少？【思路点拨】力学规律在任何惯性系中都是相同的．【答案】见解析【解析】对车上的观察者:物体的初速00v =，加速度21m/s F a m==， 经过10 s 时速度110 m/s v at ==．对地上的观察者解法一：物体初速度020 m/s v =，加速度相同21m/s F a m==． 经过10 s 时速度2030 m/s v v at =+=．解法二：根据速度合成法则()210 1020 m/s 30 m/s v v v =+=+=．【总结升华】在两个惯性系中，虽然观察到的结果并不相同，一个10 m/s ,另一个30 m/s ,但我们却应用了同样的运动定律和速度合成法则．也就是说，力学规律在任何惯性系中都是相同的．例2、考虑几个问题:(1）如图所示，参考系O ＇相对于参考系O 静止时,人看到的光速应是多少？（2）参考系O ＇相对于参考系O 以速度v 向右运动，人看到的光速应是多少?（3）参考系O 相对于参考系O ＇以速度v 向左运动，人看到的光速又是多少?【答案】三种情况都是c ．【解析】根据速度合成法则，第一种情况人看到的光速应是c ，第二种情况应是c v +，第三种情况应是c v -，此种解法是不对的，而根据狭义相对论理论知，光速是不变的，都应是c ．【总结升华】麦克耳孙——莫雷实验证明了光速在任何惯性参考系中的速度是不变的，对于高速物体，伽利略速度合成法则不再适用．类型二、时间和空间的相对性例3、沿铁道排列的两电杆正中央安装一闪光装置,光信号到达一电杆称为事件1，到达另一电杆称事件为2．从地面上的观察者和运动车厢中的观察者看来．两事件是否都是同时事件？【思路点拨】“同时”具有相对性.光速不变。
精品-新人教版2018_2019学年高中物理第六章传感器第2节传感器的应用学案选修3_2
第2节 传感器的应用1.了解传感器在日常生活和生产中的应用．2.了解传感器应用的一般模式．3．会分析简单的有关传感器应用的控制电路．一、传感器应用的一般模式传感器→放大转换电路→⎩⎪⎨⎪⎧执行机构显示器（指针式电表、数字屏）计算机系统二、力传感器的应用——电子秤应变片组成：电子秤使用的测力装置是力传感器．常用的一种力传感器是由金属梁和．1组成的．应变片是一种敏感元件，现在多用半导体材料制成．2．原理：如图所示，弹簧钢制成的梁形元件右端固定，在梁的上下表面各贴一个应变片，，变大电阻上表面应变片的，下表面压缩，上表面拉伸，则梁发生弯曲，F 在梁的自由端施力下表面应变片的电阻变小．力F 越大，弯曲形变越大，应变片的电阻变化就越大．如果让应变片中通过的电流保持恒定，那么上表面应变片两端的电压变大，下表面应变片两端的电压．大输出的电压差值也就越，越大F 变小．传感器把这两个电压的差值输出．力这个电学量．电压量转换为力学作用：应变片将物体形变这个．3三、温度传感器的应用1．电熨斗(1)构造(如图所示)它主要由调温旋钮、升降螺钉、绝缘支架、触点、双金属片、弹性铜片、电热丝、金属底板等几部分组成．(2)敏感元件：双金属片．双金，不同热膨胀系数由于双金属片上层金属与下层金属的，工作原理：温度变化时(3)属片发生弯曲从而控制电路的通断．2．电饭锅(1)构造(如图所示)(2)敏感元件：感温铁氧体．(3)工作原理温度上升到约，居里温度：感温铁氧体常温下具有铁磁性①103__失去铁磁性，时℃，这一温度称为该材料的“居里温度”．，开始煮饭当锅内加热温度达自动断电原理：用手按下开关通电加热②，时，℃__103到铁氧体失去磁性，与永久磁铁失去吸引力，被弹簧片弹开，从而推动杠杆使触点开关断开．四、光传感器的应用——火灾报警器警器是利用烟雾对烟雾散射式火灾报光的散射来工作的．敏感元件为．光电三极管判一判(1)通常的传感器可以直接用来进行自动控制．( )(2)力传感器中金属梁是敏感元件．( )(3)感温铁氧体的温度上升到“居里温度”时，就会失去铁磁性．( )(4)光电三极管在受到光照时呈高电阻状态．( )提示：(1)×(2)×(3)√(4)×做一做(多选)如图所示是自动调温式电熨斗，下列说法正确的是( )A．常温时上下触点是接触的B．双金属片温度升高时，上金属片形变较大，双金属片将向下弯曲C．原来温度控制在80 ℃断开电源，现要求60 ℃断开电源，应使调温旋钮下调一些D．由熨烫丝绸衣物状态转变为熨烫棉麻衣物状态，应使调温旋钮下移一些提示：选ABD.常温工作时，上下触点是接通的，当温度升高时，上层金属片形变大，向下弯曲，切断电源．切断温度要升高，则应使调温旋钮下移一些，选项A、B、D对，C错．想一想图中是一款鼠标及其内部的电路，传感器在实际工作过程中为什么需要放大电路？提示：因为传感器将非电学量转换为电学量的信号往往很弱，所以一般要通过放大电路进行放大．传感器问题分析1．分析思路物理传感器是将所感受的物理量(如力、热、光等)转换为便于测量的电学量的器件．我们可以把传感器的应用过程分为三个步骤：(1)信息采集；(2)信息加工、放大、传输；(3)利用所获得的信息执行某种操作．2．分析传感器问题要注意四点(1)感受量分析要明确传感器所感受的物理量，如力、热、光、磁、声等．(2)输出信号分析明确传感器的敏感元件，分析它的输入信号及输出信号，以及输入信号与输出信号间的变化规律．(3)电路结构分析认真分析传感器所在的电路结构，在熟悉常用电子元件工作特点的基础上，分析电路输出信号与输入信号间的规律．(4)执行机构工作分析传感器的应用，不仅包含非电学量如何向电学量转化的过程，还包含根据所获得的信息控制执行机构进行工作的过程．如图是一种测定油箱油量多少或变化多少的装置．其中电源电压保持不变，R是滑动变阻器，它的金属滑片是金属杆的一端．当油箱中油量减少时，电压表的示数将如何变化？[思路点拨]油量变化→浮标运动→R 变化→V 变化[解析] 由题图可知，当油箱内液面高度变化时，R 的金属滑片将会移动，从而引起R ′两端电压的变化．当油量减少时，R 的数值会增大，电路中的电流会减小，c 、d 间的电压会减小．[答案] 减小传感器的作用是把非电学量转换为电学量，在转换过程中非电学量的大小往往是不确定的，所以与之相联系的电路就会有动态的变化，在分析动态变化电路时要注意以下三点：(1)明确该传感器所采用的核心部分是什么．(2)当检测一非电学量变化时，传感器中与之对应的电阻如何变化．(3)在电路中的显示部分与传感器中对应的电阻是串联还是并联，或者是其他的连接方式．酒精测试仪用于机动车驾驶人员是否酗酒及其他严禁酒后作业人员的现场检测．它利用的是一种二氧化锡半导体型酒精气体传感器，酒精气体传感器的电阻随酒精气体浓度的变化而变化．在如图所示的电路中，不同的酒精气体浓度对应着传感器的不同电阻．这样，电压表的指针就与酒精气体浓度有了对应关系．如果二氧化锡半导体型酒精气体传感器电阻r ′的倒数与酒精气体的浓度成正比，那么，电压表示数U与酒精气体浓度C之间的对应关系正确的是( )A ．U 越大，表示C 越大，C 与U 成正比B ．U 越大，表示C 越大，但是C 与U 不成正比C ．U 越大，表示C 越小，C 与U 成正比D ．U 越大，表示C 越小，但是C 与U 不成反比解析：选B.传感器电阻r ′的倒数与浓度C 成正比关系，即1r′＝kC ，电路中的电流为I ＝E r′＋R ＋R0＋r ，电压表示数U ＝IR 0＝ER0r′＋R ＋R0＋r ＝kER0k （R ＋R0＋r ）＋1C，可见电压与浓度的关系不是正比关系，但随浓度的增加而增加，故B 正确．传感器的应用实例1．力传感器的应用——电子秤(1)力传感器的组成：由金属梁和应变片组成．(2)作用：将物体的形变这个力学量转换为电压这个电学量，方便测量、处理和控制．2．温度传感器的应用(1)电熨斗：由半导体材料制成的热敏电阻和金属热电阻均可制成温度传感器，它可以把温度信号转换为电信号进行自动控制．(2)电饭锅：它的主要元件感温铁氧体是用氧化锰、氧化锌和氧化铁粉末混合烧结而成的．它的特点是：常温下具有铁磁性，能被磁体吸引，但是温度上升到约103 ℃时，就失去了铁磁性，不能被磁体吸引了．3．光传感器的应用——火灾报警器如图所示为利用烟雾对光的散射来工作的一种火灾报警器，其工作原理是：带孔的罩子内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时，光电三极管收不到LED发出的光，呈现高电阻状态．烟雾进入罩内后对光有散射作用，使部分光线照射到光电三极管上，其电阻变小．与传感器连接的电路检测出这种变化，就会发出警报．命题视角1 力传感器的应用(多选)如图为握力器原理示意图，握力器把手上的连杆与弹簧一起上下移动，握力的大小可通过一定的换算关系由电流表的示数获得．当人紧握握力器时，如果握力越大，下列判断正确的有( )A．电路中电阻越大B．电路中电阻越小C．电路中电流越小D．电路中电流越大[解析] 由图看出，握力越大，变阻器接入电路的电阻越小，外电路的总电阻越小，故B正确，A错误；根据闭合电路欧姆定律可知，电路中电流越大，故D正确，C错误．[答案] BD命题视角2 温度传感器的应用如图所示，甲为在温度为10 ℃左右的环境中工作的某自动恒温箱原理简图，箱内的电阻R1＝20 kΩ、R2＝10 kΩ、R3＝40 kΩ，R T为热敏电阻，它的电阻随温度变化的图线如图乙所示，a 、b 端电压U ab ≤0时，电压鉴别器会令开关S 接触，恒温箱内的电热丝发热，使箱内温度升高；当a 、b 端电压U ab ＞0时，电压鉴别器会令开关S 断开，停止加热，则恒温箱内的温度可保持在( )A ．10 ℃B ．20 ℃C ．30 ℃D ．45 ℃[思路点拨] 由题意可知，U ab ＝0是电热丝加热和停止加热的临界状态，根据串联分压知识可求得U ab ＝0时R T 的阻值，然后由乙图读出对应的温度．[解析] 由题意可知U ab ＝0是一个电压的临界点，对应着开关S 的动作，而开关的动作对应着温度的上升或下降．由电路图可知，在R 1、R 2、R 3给定的条件下，热敏电阻R T 的阻值决定了U ab 的正负．设电源负极的电势为零，则φa ＝R2R1＋R2U ，φb ＝RT R3＋RT U ，其中U 为电源的路端电压，令φa ＝φb ，即U ab ＝0，则可得R2R1＝RTR3，代入数据得R T ＝20 k Ω，查图得对应的温度为30 ℃，C 正确．[答案] C命题视角3 光传感器的应用车床在工作时是不允许将手随便接近飞转的工件的，为了防止万一，设计了下面的光电自动控制安全电路，只要人手不小心靠近了工件，机器就自动停转．图中的A 为车床上的电动机；B 为随电动机高速转动的工件；C 为光源，它发出的光照在光敏电阻D 上；E 为电磁铁；F 为衔铁；G 为电源；H 为弹簧．请简述其工作原理：当手在C 、D 间靠近工件时，遮挡住射向光敏电阻的光，光敏电阻的阻值________，电路中的电流________，使电磁铁磁性________从而放开衔铁，造成电动机断路，使工件停转以保证安全．[思路点拨] (1)射向光敏电阻的光被挡住时，光敏电阻上光照减少，电阻值如何变化？(2)电磁铁线圈中电流大小与电磁铁的磁性大小有何关系？[解析] 当手在C 、D 间靠近工件时，遮挡住光线，光敏电阻阻值增大，电路中的电流减小，使电磁铁的磁性减弱，从而放开衔铁，使电路自动断开．[答案] 增大 减小 减弱传感器应用问题的分析方法(1)首先要分清哪是主电路部分，哪是控制电路部分．(2)联系主电路和控制电路的关键点就是传感器中的敏感元件．敏感元件感知主电路所处的状态，作出相应的反应，促使控制电路工作，保证主电路能工作在相应的设定状态之下．【通关练习】1．(多选)(2018·江苏启东中学月考)下列关于传感器说法中正确的是( )A．话筒是一种常用的声传感器，其作用是将电信号转换为声信号B．电子秤所使用的测力装置是力传感器，它是把力信号转化为电压信号C．电熨斗能自动控制温度的原因是它装有双金属片，这种双金属片的作用是控制电路的通断D．光敏电阻能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量解析：选BCD.话筒是一种常用的声波传感器，其作用是声信号转换为电信号，故A错误；电子秤所使用的测力装置是力传感器，利用通过应变片的电流一定，压力越大，电阻越大，应力片两端的电压差越大，将力信号变成电信号，故B正确；电熨斗是利用双金属片温度传感器，控制电路的通断，故C正确；光敏电阻是由半导体材料制成的，其电阻随光照强度的增大而减小，故它能够把光照强弱这个光学量转换为电阻这个电学量，故D正确．2．(多选)如图是电饭锅的结构图，如果感温磁体的“居里温度”为103 ℃时，下列说法中正确的是( )A．常温下感温磁体具有较强的磁性，能自动吸起永磁体，通电加热B．当温度超过103 ℃时，感温磁体的磁性较强C．饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会超过103 ℃，这时开关按钮会跳起D．常压下只要锅内有水，锅内的温度就不可能达到103 ℃，开关按钮就不会自动跳起解析：选CD.煮饭时压下开关按钮，感温磁体与永磁体相互吸引结合在一起，触点相接，电路接通，开始加热，故A错误；饭熟后，水分被大米吸收，锅底的温度会升高，当温度上升到“居里温度”(约103 ℃)时，感温磁体失去磁性，在弹簧作用下永磁铁与之分离，开关自动断开，且不能自动复位，故B错误，C正确；电饭锅内有水，水沸腾后，锅内的温度保持在100 ℃不变，低于“居里温度”103 ℃，电饭锅不能自动断电，只有水烧干后，温度升高到103 ℃才能自动断电，因此用电饭锅来烧水、煲汤不能实现自动控温，D正确．3．如图所示是会议室和宾馆房间的天花板上装有的火灾报警器的结构原理图：罩内装有发光二极管LED、光电三极管和不透明的挡板．平时光电三极管接收不到LED发出的光，呈现高电阻状态，发生火灾时，下列说法正确的是( )A．进入罩内的烟雾遮挡了光线，使光电三极管电阻更大，检测电路检测出变化发出警报B．光电三极管温度升高，电阻变小，检测电路检测出变化发出警报C．进入罩内的烟雾对光有散射作用，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，发出警报D．以上说法均不正确解析：选C.由火灾报警器的工作原理可知，发生火灾时烟雾进入罩内，使光发生散射，部分光线照到光电三极管上，电阻变小，与传感器相连的电路检测出这种变化，发出警报，选项C对．[随堂检测][学生用书P62]1．下列说法错误的是( )A．传感器担负着信息采集的任务B．干簧管是一种磁传感器C．传感器不是电视遥控接收器的主要元件D．传感器是将力、温度、光、声、化学成分转换为电信号的主要工具解析：选C.由传感器的定义知A、D正确；电视遥控接收器的主要元件是红外线传感器，故C错误；由干簧管的工作原理知干簧管是一种能够感知磁场的元件，故B正确．2．(多选)燃气灶的点火开关有两种：一种是电脉冲点火开关，它是依靠干电池产生的电流脉冲经变压器输出非常高的电压，击穿空气后点火；另一种是电子压电点火开关，它的工作原理是压电陶瓷片受一定方向的外力作用而发生机械形变，相应地输出很高的电压，击穿空气后点火．下列关于这两种点火开关的说法中，正确的是( )A．电脉冲点火开关是一种传感器B．电子压电点火开关是一种传感器C．压电陶瓷片完成的能量转化是电能转化为光能D．压电陶瓷片完成的能量转化是机械能转化为电能解析：选BD.传感器是将非电学量转化为电学量的装置，电脉冲点火开关实际上是自感现象的应用，电子压电点火开关是力传感器，把机械形变转化为电压，A错误，B正确；从能量转化角度分析压电陶瓷片是把机械能转化为电能，C错误，D正确．3．一般的电熨斗用合金丝作发热元件，合金丝电阻随温度t变化的关系如图中实线①所示，由于环境温度以及熨烫的衣物厚度、干湿等情况不同，熨斗的散热功率不同，因而熨斗的温度可能会在较大范围内波动，易损坏衣物．有一种用主要成分为BaTiO 3(被称为“PTC ”)的特殊材料作发热元件的电熨斗，具有升温快、能自动控制温度的特点，PTC 材料的电阻随温度变化的关系如图中实线②所示，根据图线分析：(1)为什么原处于冷态的PTC 熨斗刚通电时比普通电熨斗升温快？(2)通电一段时间后电熨斗温度t 自动地稳定在T ______＜t ＜T ________范围之内．(填下标数字)解析：(1)由于冷态时PTC 材料电阻较小，故由P ＝U2R知，其发热功率较大，所以升温快．(2)从题图上看出，温度较低时，电阻较小，热功率较大，所以生热快于散热，温度升高，电阻值迅速增大，相应生热功率减小，当生热功率小于散热功率时，电阻温度降低，电阻值减小，生热功率会相应增大，故当生热功率等于散热功率时，温度会稳定在图中T 6～T 7之间．答案：(1)见解析 (2)6 74．气体传感器利用物质的化学反应将某种气体的浓度转换成电信号输出，如图所示，B 为将可燃气体或有毒气体(CO ，CH 4)浓度转换成电信号的传感器，简称电子鼻．根据如图所示的材料，电源电压U ＝220 V 、排风扇M 、继电器G 、电池组A 、控制开关S ，请设计一个家用自动排烟电路，并在图中完成连线．解析：电磁继电器起开关作用，所以电池组A 、开关S 、电子鼻B 和电磁继电器(电磁铁部分)应组成一个电路，另一个是由排风扇和高压电源组成的电路．答案：如图所示[课时作业]一、单项选择题1．下列器件是应用力传感器的是 ( )B．火灾报警器A．鼠标器D．电子秤C．测温仪解析：选D.鼠标器中的传感器是光传感器；火灾报警器中的传感器是光传感器；测温仪用的是温度传感器；电子秤的敏感元件是应变片，是力传感器，选项D正确．2．用遥控器调换电视机频道的过程，实际上是电视机中的传感器把光信号转化为电信号的过程．下列属于这类传感器的是( )A．红外报警装置B．走廊照明灯的声控开关C．自动洗衣机中的压力传感装置D．电饭锅中控制加热和保温的温控器解析：选A.遥控器发出红外线，电视中的传感器感知红外线是红外线传感器，故选A.3．下列说法中正确的是( )A．电饭锅中的敏感元件是光敏电阻B．测温仪中测温元件可以是热敏电阻C．机械式鼠标中的传感器接收到连续的红外线，输出不连续的电脉冲D．火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现低电阻状态，有烟雾时呈现高电阻状态解析：选B.电饭锅中的敏感元件是感温铁氧体，选项A错误；机械式鼠标中的传感器接收断续的红外线脉冲，输出相应的电脉冲信号，选项C错误；火灾报警器中的光传感器在没有烟雾时呈现高电阻状态，有烟雾时呈现低电阻状态，选项D错误；选项B正确．4．电子打火机的点火原理是压电效应，压电片在受压时会在两侧形成电压且电压大小与压力近似成正比．现有一利用压电效应制造的电梯加速度传感器，如图所示．压电片安装在电梯地板下，电压表与压电片构成闭合回路用来测量压电片两侧形成的电压．若发现电压表示数增大，下列说法正确的是( )B．电梯一定减速下降A．电梯一定加速上升D．电梯加速度一定向下C．电梯加速度一定向上解析：选C.电压表示数增大说明人对地板的压力变大，对人受力分析知地板对人的支持力大于人所受重力，即人的加速度一定向上，所以电梯可能向上加速，也可能向下减速．5.如图所示，R1为定值电阻，R2为负温度系数的热敏电阻，L为小灯泡，当温度降低时( )A．R1两端电压增大B．电流表的示数增大C．小灯泡的亮度变强D．小灯泡的亮度变弱解析：选C.R2与灯L并联后与R1串联，然后与电源构成闭合电路，当温度降低时，热敏电阻R2的阻值增大，外电路电阻增大，电流表读数变小，R1两端电压减小，灯L两端电压增大，灯泡亮度变强，故C正确．6．(2018·辽宁白城月考)如图为一种温度自动报警器的原理图，在水银温度计的顶端封入一段金属丝，以下说法正确的是( )A．温度升高至74 ℃时，L1灯亮，报警B．温度升高至74 ℃时，L2灯亮，报警C．温度升高至78 ℃时，L1灯亮，报警D．温度升高至78 ℃时，L2灯亮，报警解析：选D.当温度低于78 ℃时，继电器线圈中没有电流，此时灯L1亮，但不报警；当温度升高到78 ℃时，继电器线圈有电流，磁铁吸下衔铁，灯L2被接通，所以灯L2亮且报警，温度升高至74 ℃时，只是灯L1亮，不会报警，故A、B、C选项错误，D选项正确．7．关于电磁灶的加热原理，下列说法正确的是( )①电磁灶加热与微波炉加热原理是一样的②电磁灶是利用电磁感应原理制成的③电磁灶是热量从灶口传递给锅中的食物达到加热的目的④电磁灶工作时，灶不会生热B．①③A．②④D．②③C．①②解析：选A.电磁灶里面的线圈中变化的电流，产生变化的磁场，从而形成涡流，根据电流的热效应进行加热，电磁灶工作时，灶不会生热，故③错误，④正确；微波炉是接通电路后，220 V交流电经变压器变压，在次级产生3.4 V低压交流电对磁控管加热，同时在另一次级产生2 000 V高压电，经镇流系统加到磁控管的阴、阳两极之间，使磁控管产生微波，微波输送至金属制成的加热器(炉腔)，被来回反射，微波的电磁作用使食物内的分子高频运动，从而使食物受热，故①错误，②正确．所以A正确，B、C、D错误．二、多项选择题8．下列关于电子秤中应变式力传感器的说法正确的是( )A．应变片是由导体材料制成B．当应变片的表面拉伸时，其电阻变大；反之，变小C．传感器输出的是应变片上的电压D．外力越大，输出的电压差值也越大解析：选BD.应变片多用半导体材料制成，故选项A错误；当应变片拉伸时，其电阻变大，故选项B正确；传感器输出的是上、下两应变片上的电压差值，并且随着外力的增大，输出的电压差值也就越大，故C错误，D正确．9.家用电热灭蚊器电热部分的主要部件是PTC元件，PTC元件是由钛酸钡等导体材料制成的电阻器，其电阻率ρ与温度t的关系如图所示．由于这种特性，PTC元件具有发热、控温双重功能，若电热灭蚊器环境温度低于t1，以下判断正确的是( )A．通电后，其电功率先增大后减小B．通电后，其电功率先减小后增大C．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1或t2不变D．当其产生的热量与散发的热量相等时，温度保持在t1～t2间的某一值不变解析：选AD.从图线上可以看出，如果通电前PTC的温度t<t1，通电后由于发热的缘故，温度升高致使电阻率减小，发热功率将进一步增大，形成正反馈效应，致使温度大于t1，随着温度的升高，电阻率也增大，功率将减小，形成负反馈效应，发热功率的减小制约了温度的进一步升高．从以上分析可知，t<t1时，温度会升高；t>t2时，温度会降低．故温控点在t1～t2，即温度保持在t1～t2间的某一值．综上分析可知，本题的正确选项是A、D，即温度控制点在图象的两个极值点之间．10．为锻炼身体，小明利用所学物理知识设计了一个电子拉力计，如图所示是原理图．轻质弹簧右端和金属滑片P固定在一起(弹簧的电阻不计，P与R1间的摩擦不计)，弹簧劲度系数为100 N/cm.定值电阻R0＝5 Ω，ab是一根长为5 cm的均匀电阻丝，阻值R1＝25 Ω，电源输出电压恒为U＝3 V，理想电流表的量程为0～0.6 A．当拉环不受力时，滑片P位于a端．下列关于这个电路的说法正确的是(不计电源内阻)( )A．小明在电路中连入R0的目的是保护电路B．当拉环不受力时，闭合开关后电流表的读数为0.1 AC．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.3 A处D．当拉力为400 N时，电流表指针指在0.5 A处解析：选ABC.若电路无电阻R0且金属滑片P在b端时，回路短路损坏电源，R0的存在使电路不出现短路，因此选项A正确；当拉环不受力时，滑片P在a端，由欧姆定律得，I＝UR0＋R1＝0.1 A，故选项B正确；拉力为400 N时，由F＝kΔx，则Δx＝4 cm，对应的电阻为R aP＝20 Ω，R1接入电路的电阻R Pb＝5 Ω，由欧姆定律得，I′＝UR0＋RPb＝0.3 A，故选项D错误，C正确．三、非选择题11．如图所示，图甲为热敏电阻的R－t图象，图乙为用此热敏电阻R和继电器组成的一个简单恒温箱温控电路，继电器的电阻为100 Ω.当线圈的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸合．为继电器线圈供电的电池的电动势E＝9.0 V，内阻可以不计．图中的“电源”是恒温箱加热器的电源．则：(1)应该把恒温箱内的加热器接在________(选填“A、B端”或“C、D端”)．(2)如果要使恒温箱内的温度保持50 ℃，可变电阻R′的阻值应调节为________Ω.解析：(1)恒温箱内的加热器应该接在A、B端．当线圈中的电流较小时，继电器的衔铁在上方，恒温箱的加热器处于工作状态，恒温箱内温度升高．随着恒温箱内温度升高，热敏电阻R的阻值变小，则线圈中的电流变大，当线圈中的电流大于或等于20 mA时，继电器的衔铁被吸到下方来，使恒温箱加热器与电源断开，加热器停止工作，恒温箱内温度降低．随着恒温箱内温度降低，热敏电阻R的阻值变大，则线圈中的电流变小，当线圈的电流小于20 mA时，继电器的衔铁又被释放到上方，则恒温箱加热器又开始工作，这样就可以使恒温箱内保持在某一温度．。
高中物理新教材同步必修第二册 第6章 专题强化 圆周运动的传动问题和周期性问题
圆周运动的传动问题和周期性问题[学习目标] 1.进一步熟练掌握描述圆周运动的各物理量之间的关系.2.掌握同轴转动、皮带传动和齿轮传动的特点，会分析比较各物理量.3.会分析圆周运动中多解的原因，掌握解决圆周运动中的多解问题的方法．一、圆周运动的传动问题同轴转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(皮带不打滑)，A 、B 两点分别是两个轮子边缘上的点两个齿轮啮合，A 、B 两点分别是两个齿轮边缘上的点特点A 、B 两点的角速度、周期相同A 、B 两点的线速度大小相等A 、B 两点的线速度大小相等规律 A 、B 两点的线速度大小与半径成正比：v A v B ＝rRA 、B 两点的角速度与半径成反比：ωA ωB ＝rRA 、B 两点的角速度与半径成反比：ωA ωB ＝Rr例1 如图所示，r A ＝3r B ＝3r C ，则：(1)v A ∶v B ＝________， ωA ∶ωB ＝________. (2)ωA ∶ωC ＝________， v A ∶v C ＝________.答案 (1)1∶1 1∶3 (2)1∶1 3∶1例2 (2021·重庆一中高一期末)修正带结构如图所示，大、小齿轮相互咬合，且大、小齿轮的半径之比为2∶1，a 、b 点分别位于大、小齿轮的边缘，则a 、b 点的角速度大小之比为( )A ．1∶1B ．1∶2C ．1∶4D ．2∶1答案 B解析 a 、b 点分别位于大、小齿轮的边缘，线速度大小相等，由v ＝ωr ，又r a ∶r b ＝2∶1，可得ωa ∶ωb ＝1∶2，故选B.例3 (2021·定远县育才实验学校高一期中)两个大轮半径相等的皮带轮(皮带不打滑)的结构如图所示，A 、B 两点的半径之比为2∶1，C 、D 两点的半径之比也为 2∶1，下列说法正确的是( )A ．A 、B 两点的线速度大小之比为v A ∶v B ＝1∶2 B ．A 、C 两点的角速度大小之比为ωA ∶ωC ＝1∶2 C ．A 、C 两点的线速度大小之比为v A ∶v C ＝1∶1D ．A 、D 两点的线速度大小之比为v A ∶v D ＝1∶2 答案 B解析 A 、B 属于同轴转动，所以角速度相同，根据v ＝ωr ，线速度大小与半径成正比，则v A ∶v B ＝2∶1，A 错误；A 、D 两点通过皮带传动，线速度大小相等，C 、D 两点角速度相同，所以ωA r A ＝ωD r D ，所以ωA ∶ωC ＝1∶2，B 正确；根据v ＝ωr ，且ωA ∶ωC ＝1∶2，所以v A ∶v C ＝1∶2，C 错误；A 、D 两点通过皮带传动，线速度大小相等，则v A ∶v D ＝1∶1，D 错误．1．线速度与角速度之间关系的理解： 由线速度大小v ＝ωr 知，r 一定时，v ∝ω； v 一定时，ω∝1r ；ω一定时，v ∝r .2．在处理传动装置中各物理量间的关系时，关键是确定其相同的量(线速度或角速度)，再由描述圆周运动的各物理量间的关系，确定其他各量间的关系．二、圆周运动的周期性和多解问题 1．问题特点(1)研究对象：匀速圆周运动的多解问题含有两个做不同运动的物体．(2)运动特点：一个物体做匀速圆周运动，另一个物体做其他形式的运动(如平抛运动、匀速直线运动等)．(3)运动的关系：根据两物体运动的时间相等建立等式，求解待求物理量． 2．分析技巧(1)抓住联系点：明确题中两个物体的运动性质，抓住两运动的联系点——时间相等． (2)先特殊后一般：先考虑第一个周期的情况，再根据运动的周期性，考虑多个周期时的规律． (3)分析时注意两个运动是独立的，互不影响．例4 如图所示，半径为R 的圆盘绕垂直于盘面的中心轴匀速转动，在其正上方高h 处沿OB 方向水平抛出一小球，不计空气阻力，重力加速度为g ，要使球与盘只碰一次，且落点为B ，B 为圆盘边缘上的点，求小球的初速度v 的大小及圆盘转动的角速度ω.答案 Rg2h2n πg2h(n ＝1,2,3…) 解析 设小球在空中运动时间为t ，此时间内圆盘转过θ角，则R ＝v t ，h ＝12gt 2故初速度大小v ＝R g 2hθ＝n ·2π(n ＝1,2,3…) 又因为θ＝ωt则圆盘角速度ω＝n ·2πt＝2n πg2h(n ＝1,2,3…)． 例5 子弹以初速度v 0水平向右射出，沿水平直线穿过一个正在沿逆时针方向转动的薄壁圆筒，在圆筒上只留下一个弹孔(从A 位置射入，B 位置射出，如图所示)．OA 、OB 之间的夹角θ＝π3，已知圆筒半径R ＝0.5 m ，子弹始终以v 0＝60 m/s 的速度沿水平方向运动(不考虑重力的作用)，则圆筒的转速可能是( )A ．20 r/sB ．60 r/sC ．100 r/sD ．140 r/s答案 C解析 根据几何关系可得A 与B 之间的距离为R ，在子弹飞行距离为R 的时间内，圆筒转动的角度为θ′＝⎝⎛⎭⎫2n －13π(n ＝1,2,3，…)，由θ′＝ωt 得t ＝⎝⎛⎭⎫2n －13πω＝(6n －1)π3ω(n ＝1,2,3，…)．设圆筒的转速为N ，由ω＝2πN 得时间t ＝(6n －1)π3×2πN ＝6n －16N (n ＝1,2,3…)，由题意知R ＝v 0t ，得N＝20(6n －1) r/s(n ＝1,2,3…)，当n ＝1时，N ＝100 r/s ，当n ＝2时，N ＝220 r/s ，故选C.1.(2022·江苏高二学业考试)如图所示，汽车雨刮器在转动时，杆上A 、B 两点绕O 点转动的角速度大小为ωA 、ωB ，线速度为v A 、v B ，则( )A ．ωA ＝ωB ，v A <v B B ．ωA >ωB ，v A ＝v BC ．ωA ＝ωB ，v A >v BD ．ωA <ωB ，v A ＝v B答案 C解析 因A 、B 两点绕O 点转动，可知角速度相等，即ωA ＝ωB ，根据v ＝rω，又r A ＞r B ，可得v A ＞v B ，故选C.2.如图所示的齿轮传动装置中，主动轮的齿数z 1＝24，从动轮的齿数z 2＝8，当主动轮以角速度ω顺时针转动时，从动轮的转动情况是( )A ．顺时针转动，周期为2π3ωB ．逆时针转动，周期为2π3ωC ．顺时针转动，周期为6πωD ．逆时针转动，周期为6πω答案 B解析 主动轮顺时针转动，从动轮逆时针转动，两轮边缘的线速度大小相等，由齿数关系知，主动轮转一周时，从动轮转三周，则ω2＝3ω，由ω＝2πT 知，T 从＝2π3ω，选项B 正确，A 、C 、D 错误．3．(2022·十堰市教研院高一期末)如图所示为某种自行车的链轮、链条、飞轮、踏板、后轮示意图，在骑行过程中，踏板和链轮同轴转动、飞轮和后轮同轴转动，已知链轮与飞轮的半径之比为3∶1，后轮直径为600 mm ，当踩踏板做匀速圆周运动的角速度为5 rad/s 时，后轮边缘处A 点的线速度大小为( )A ．9.00 m/sB ．4.50 m/sC ．0.50 m/sD ．1.00 m/s答案 B解析 当踩踏板做匀速圆周运动的角速度为5 rad/s 时，踏板和链轮同轴转动，则链轮的角速度为5 rad/s ，由于链轮与飞轮通过链条传动，边缘线速度大小相等，由v ＝rω可知，角速度与半径成反比，故飞轮的角速度为15 rad/s ，后轮的角速度与飞轮相等，可知，后轮边缘处A 点的线速度大小为v ＝Rω＝0.3×15 m/s ＝4.50 m/s ，故选B.4．(多选)如图为皮带传动装置，主动轴O 1上有两个半径分别为R 和r 的轮，O 2上的轮半径为r ′，A 、B 、C 分别为三个轮边缘上的点，已知R ＝2r ，r ′＝23R ，设皮带不打滑，则( )A ．ωA ∶ωB ＝1∶1 B ．v A ∶v B ＝1∶1C ．ωB ∶ωC ＝1∶1D ．v B ∶v C ＝1∶1答案 AD解析 A 、B 两点角速度相同，则ωA ∶ωB ＝1∶1，A 正确； 由v ＝ωr 知v A ∶v B ＝r ∶R ＝1∶2，B 错误；B 、C 两点线速度大小相同，则v B ∶v C ＝1∶1，D 正确； 由ω＝vr知ωB ∶ωC ＝r ′∶R ＝2∶3，C 错误．5.(多选)如图所示，B 和C 是一组塔轮，即B 和C 半径不同，但固定在同一转动轴上，其半径之比为R B ∶R C ＝3∶2，A 轮的半径大小与C 轮相同，它与B 轮紧靠在一起，当A 轮绕过其中心的竖直轴转动时，由于摩擦作用，B 轮也随之无相对滑动地转动起来．a 、b 、c 分别为三轮边缘的三个点，则a 、b 、c 三点在运动过程中的( )A ．线速度之比为3∶3∶2B ．角速度之比为3∶3∶2C ．转速之比为2∶3∶2D ．周期之比为2∶3∶3 答案 AD解析 A 轮、B 轮靠摩擦传动，边缘点线速度大小相等，故v a ∶v b ＝1∶1，根据公式v ＝rω，有ωa ∶ωb ＝3∶2，根据ω＝2πn ，有n a ∶n b ＝3∶2，根据T ＝2πω，有T a ∶T b ＝2∶3；B 轮、C轮同轴转动，角速度相等，故ωb ∶ωc ＝1∶1，根据v ＝rω，有v b ∶v c ＝3∶2，根据ω＝2πn ，有n b ∶n c ＝1∶1，根据T ＝2πω，有T b ∶T c ＝1∶1，联立可得v a ∶v b ∶v c ＝3∶3∶2，ωa ∶ωb ∶ωc＝3∶2∶2，n a ∶n b ∶n c ＝3∶2∶2，T a ∶T b ∶T c ＝2∶3∶3，故A 、D 正确，B 、C 错误． 6．某时钟走时准确，秒针和分针在某时刻重合，当它们再次重合时距第一次重合的时间间隔为( ) A.6059 min B ．1 min C.6160 min D.1210h 答案 A解析 分针的周期T 1＝1 h ＝3 600 s ，秒针的周期T 2＝1 min ＝60 s ，两者的周期比T 1∶T 2＝60∶1，分针与秒针第1次重合到第2次重合有ω分t ＋2π＝ω秒t ，即2πT 1t ＋2π＝2πT 2t ，得时间间隔t ＝T 1T 2T 1－T 2＝3 600×603 600－60s ＝6059 min ，故选A.7.(多选)如图所示，夜晚电风扇在闪光灯下运转，闪光灯每秒闪45次，风扇转轴O 上装有3个扇叶，它们互成120°角．当风扇转动时，观察者感觉扇叶不动，则风扇转速可能是( )A ．600 r/minB ．900 r/minC ．1 200 r/minD ．1 800 r/min答案 BD解析 闪光灯的闪光周期T ＝145 s ，在一个周期T 内，扇叶转动的角度应为120°的整数倍，即13圈的整数倍，所以最小转速n min ＝13 r 145 s ＝15 r/s ＝900 r/min ，可能满足题意的转速为n ＝kn min＝900k r/min (k ＝1,2,3…)，故选项B 、D 正确，A 、C 错误．8.(2021·江苏淮安中学高一期末)如图所示，小球Q 在竖直平面内沿逆时针方向做匀速圆周运动，半径为r ，当球Q 运动到与O 在同一水平线上时，有另一小球P 在O 点正上方距圆周最高点为h 处开始自由下落．要使两球在圆周最高点相碰，Q 球的角速度ω应满足什么条件？(不计空气阻力，重力加速度为g )答案 ω＝π(4n ＋1)g8h(n ＝0,1,2，…) 解析 由自由落体的位移公式h ＝12gt 2，可得小球P 自由下落运动至圆周最高点的时间为t ＝2h g.设小球Q 做匀速圆周运动的周期为T ，则有T ＝2πω，由题意知，球Q 由题图所示位置运动至圆周最高点所用时间为t ′＝⎝⎛⎭⎫n ＋14T (n ＝0,1,2，…) 要使两球在圆周最高点相碰，需使t ＝t ′.联立解得球Q 做匀速圆周运动的角速度为ω＝π(4n ＋1)g8h(n ＝0,1,2…)．。
高中物理新教材同步 选择性必修第三册 第2章 3 第1课时 气体的等压变化和等容变化
3 气体的等压变化和等容变化 第1课时 气体的等压变化和等容变化[学习目标] 1.知道什么是等压变化和等容变化。
2.掌握查理定律和盖—吕萨克定律的内容、表达式和适用条件，并会进行相关分析计算(重难点)。
3.理解p －T 图像和V －T 图像及其物理意义(重点)。
一、气体的等压变化烧瓶上通过橡胶塞连接一根玻璃管，向玻璃管中注入一段水柱。
用手捂住烧瓶，会观察到水柱缓慢向外移动，这说明了什么？答案 水柱向外移动说明了在保持气体压强不变的情况下，封闭气体的体积随温度的升高而增大。
1．等压变化：一定质量的某种气体，在压强不变时，体积随温度变化的过程。
2．盖—吕萨克定律(1)内容：一定质量的某种气体，在压强不变的情况下，其体积V 与热力学温度T 成正比。
(2)表达式：V ＝CT 或V 1T 1＝V 2T 2或V T ＝ΔVΔT 。
(3)适用条件：气体的质量和压强不变。
(4)图像：如图所示。
V －T 图像中的等压线是一条过原点的直线。
1．如图所示为一定质量的气体在不同压强下的V －T 图线，p 1和p 2哪一个大？答案p1<p2，先作一个等温辅助线，在温度相同的情况下，体积越大，压强越小，则p1<p2。
2．根据等压变化的V－T图像，试画出等压变化的V－t图像，该图像有什么特点？答案如图所示，体积V与摄氏温度t的关系V＝C(273.15＋t)，是一次函数关系，V－t坐标下的等压线是一条延长线通过横轴上－273.15 ℃的倾斜直线，图像纵轴的截距V0是气体在0 ℃时的体积。
例1(2023·孝感市高二期中)如图为一定质量的理想气体的V－T图像，该气体经历了从a→b→c的状态变化，图中ab连线平行于V轴，ac是双曲线的一部分，bc连线通过坐标原点O，则三个状态下的压强满足()A．p b<p a＝p c B．p a<p b＝p cC．p c>p a＝p b D．p a>p b＝p c答案 B解析V－T图像中的等压线为过原点的一次函数，则p b＝p c，温度相同时，体积越大，压强越小，则p a<p b，故p a<p b＝p c，故选B。