小議勻速轉(zhuǎn)動與勻速圓周運動的區(qū)別與聯(lián)系

王建勇

摘 要：在我校《基于生命成長的優(yōu)質(zhì)高中“積極教育”校本研究》省級立項課題的引領(lǐng)下，教師如何更有效地教、學生如何更“積極”地學有了理論支撐，師生教與學的主動性有了極大提高。基于此，對課堂上生成的問題——勻速轉(zhuǎn)動與勻速圓周運動的區(qū)別與聯(lián)系進行了積極探究。

關(guān)鍵詞：勻速轉(zhuǎn)動；勻速圓周運動；概念；描述

在高一下學期的教學中，我們會學習到勻速圓周運動，而在以前的學習或者生活中總會聽到勻速轉(zhuǎn)動這個概念。這時候，經(jīng)常有學生將這兩個概念混淆，而形成一些錯誤的認識，結(jié)合這種情況，筆者認為有必要對這兩個概念進行區(qū)分與聯(lián)系。

一、二者的區(qū)別

1.概念上的不同

質(zhì)點沿圓周運動，如果在任意相等的時間里通過的圓弧長度都相等，這種運動就叫做“勻速圓周運動”。勻速圓周運動是圓周運動中最常見并且最簡單的運動。因為速度是矢量，所以勻速圓周運動實際上是指勻速率圓周運動。“勻速圓周運動”這個詞主要用于描述質(zhì)點的運動，描述物體質(zhì)心的運動。

繞定軸的勻速轉(zhuǎn)動是針對剛體引入的概念。剛體上有很多個點，它的任何兩點之間的距離不變，同質(zhì)點一樣也是個理想化的概念。當剛體做勻速轉(zhuǎn)動時，剛體上的每一個點都做勻速率圓周運動。當然，轉(zhuǎn)軸上的點的速率為零。勻速轉(zhuǎn)動中的剛體，（所謂“勻速”是指角速度是個不變的量），與轉(zhuǎn)軸相垂直的平面上的每個點，速度矢量是不同的，但相對于轉(zhuǎn)軸的角速度是個定值。“勻速轉(zhuǎn)動”這個詞用于描述剛體的運動，同時剛體上每個點繞轉(zhuǎn)軸做勻速圓周運動。

2.描述兩種運動的物理量不同

描述勻速圓周運動可以用軌道半徑、線速度、加速度等物理量描述，勻速轉(zhuǎn)動不采用這些物理量，因為進行剛體勻速轉(zhuǎn)動時離轉(zhuǎn)軸遠近不等的點做勻速圓周運動的軌道半徑、線速度、加速度各不相等。

二、二者的聯(lián)系

1.部分描述物理量是通用的

剛體做勻速轉(zhuǎn)動時，單獨剛體上任意一點做勻速圓周運動的角速度、周期、頻率，也可以稱為剛體做勻速轉(zhuǎn)動的角速度、周期、頻率。

2.合外力都指向圓心

質(zhì)點做勻速圓周運動時合外力由質(zhì)點指向圓心，剛體繞著跟質(zhì)心不重合的轉(zhuǎn)軸做勻速轉(zhuǎn)動時，合外力或外力的矢量和由質(zhì)心指向轉(zhuǎn)軸，當質(zhì)心與轉(zhuǎn)軸重合時合外力為零。

3.力矩代數(shù)和都為零

剛體如果勻速轉(zhuǎn)動，那么，它所受的合外力為零，同時它所受的合外力矩也為零，這就是剛體的平衡狀態(tài)。根據(jù)轉(zhuǎn)動定律，這時剛體的角動量是個不變量，由于轉(zhuǎn)軸的位置固定不變，在轉(zhuǎn)動慣量一定的情況下，它的角速度是個不變量。

質(zhì)點做勻速圓周運動時合外力，即向心力的作用線過圓心，對圓心的力矩為零。由此可得出合外力對圓心的力矩的代數(shù)和也為零。

通過以上分析，可以看到勻速圓周運動與勻速轉(zhuǎn)動是兩種不同的運動，但是二者又存在一些相似之處，所以學生容易混淆，而積極地分析比較可以幫助我們更好地區(qū)分它們。

參考文獻：

王鴻雁.淺談初中物理概念教學[J].課程教育研究，2012（17）.

編輯 李建軍