傳動問題的線速度、角速度、周期的比值關系作為理解圓周運動各物理量之間的關系的一類考題,是很有必要搞清楚這類問題的破解方法的。
傳動問題中核心要點破解
1.同軸轉動
各點共軸轉動時,角速度相同,因此周期也相同。由于各點半徑不一定相同,線速度、向心加速度大小一般不同。
2.皮帶傳動
當皮帶不打滑時,兩輪邊緣各點線速度大小相等。由于各點半徑不同,角速度、周期、向心加速度等都不相同。
3.在傳動裝置中各物理量的關系
在分析傳動裝置的物理量時,要抓住不等量和相等量的關系,表現為:
(1)同一轉軸的各點角速度ω相同,而線速度v=ωr與半徑r成正比,向心加速度大小a=rω2與半徑r成正比。
(2)當皮帶不打滑時,傳動皮帶、用皮帶連接的兩輪邊緣上各點的線速度大小相等,兩皮帶輪上各點的角速度、向心加速度關系可根據ω=v/r、a=v^2/r确定。
舉例分析
【題目】如圖所示,一種向自行車車燈供電的小發電機的上端有一半徑r0=1.0 cm的摩擦小輪,小輪與自行車車輪的邊沿接觸。當車輪轉動時,因摩擦而帶動小輪轉動,從而為發電機提供動力。自行車車輪的半徑R1=35 cm,小齒輪的半徑R2=4.0 cm,大齒輪的半徑R3=10.0 cm。求大齒輪的轉速n1和摩擦小輪的轉速n2之比。(假定摩擦小輪與自行車車輪之間無相對滑動)
【分析】大、小齒輪間、摩擦小輪和車輪之間和皮帶傳動原理相同,兩輪邊沿各點的線速度大小相等,由v=2πnr可知轉速n和半徑r成反比;小齒輪和車輪同軸轉動,兩輪上各點的轉速相同。大齒輪與小齒輪轉速之間的關系為:n1∶n小=R2∶R3。車輪與小齒輪之間的轉速關系為:n車=n小。車輪與摩擦小輪之間的關系為:n車∶n2=r0∶R1。由以上各式可解出大齒輪和摩擦小輪之間的轉速之比為:n1∶n2=2∶175。
【題目】如圖所示,O1為皮帶的主動輪的軸心,輪半徑為r1,O2為從動輪的軸心,輪半徑為r2,r3為固定在從動輪上的小輪半徑.已知r2=2r1,r3=1.5r1.A,B和C分别是3個輪邊緣上的點,質點A,B,C的向心加速度之比是( )
A. 1∶2∶3
B. 8∶4∶3
C. 3∶6∶2
D. 2∶4∶3
【分析】對于A與B,由于皮帶不打滑,線速度大小相等,即vA=vB.由v=ωr得ωA∶ωB=r2∶r1=2∶1.對于B與C,繞同一轉軸轉動,角速度相等,即ωB=ωC.則ωA∶ωB∶ωC=2∶1∶1.
根據a=ω2r可知,質點A,B,C的向心加速度之比為8∶4∶3
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