勻速率圓周運動是指質點沿圓周運動,在任意相等的時間裏通過的圓弧長度都相等。
因為物體作圓周運動時速率不變,但速度方向隨時發生變化。所以勻速圓周運動的線速度是每時每刻都在發生變化的。首先,在確定轉速、圓周半徑都恒定的前提下,驗證向心力與質量是不是正比關系。
用來作對比實驗的兩物體要經過嚴格配重,並且用天平測量出兩球的質量壹個是另壹個的壹半,實驗顯示:測力計所示的向心力隨著作圓周運動物體質量的加倍而加倍,這就證明了向心力與物體質量的正比關系。其次,在保持質量、運動半徑都恒定的情況下。
由於角速度與轉速是正比關系,所以我們只需要驗證向心力與轉速的平方是不是正比關系。實驗時,轉速增加到2倍,從測力計上可以看出,在允許的誤差範圍內,向心力增加到4倍。驗證了向心力跟角速度的平方成正比。
最後,在保持質量、角速度(或轉速)都不變的前提下,驗證物體進行圓周運動時的向心力與圓周的半徑是不是正比關系。實驗時,使運動半徑增加到2倍,轉動後,從測力計上可以看出向心力也增加到2倍。說明向心力與半徑成正比。
描述勻速圓周運動快慢的物理量:
1、線速度v
①意義:描述質點沿圓弧運動的快慢的物理量,線速度越大,質點沿圓弧運動越快。
②定義:線速度的大小等於質點通過的弧長s與所用時間t的比值。
③單位:m/s。
④矢量:方向在圓周各點的切線方向上。
⑤就是物體做勻速圓周運動的瞬時速度。
⑥質點做勻速圓周運動時,線速度大小不變,但方向時刻在改變,故其線速度不是恒矢量。
⑦邊緣相連接的物體,線速度相同。
2、角速度ω
①定義:連接質點和圓心的半徑(動半徑)轉過的角度跟所用時間的比值,叫做勻速圓周運動的角速度。
②單位:rad/s(弧度每秒)。
③矢量(中學階段不討論,用<安培右手定則>可判斷方向,例如:當其在水平面上順時針轉動時角速度方向豎直向下)。
④質點做勻速圓周運動時,角速度ω恒定不變。
⑤同壹物體上任意兩點,除旋轉中心外,角速度相同。