高一物理《第二章 第2节匀速圆周运动的向心力和向心加速度》课件.ppt

理解教材新知把握热点考向应用创新演练第2节知识点一知识点二考向二第二章考向一考向三随堂基础巩固课时跟踪训练返回返回返回返回返回返回 自学教材自学教材 1向心力及其方向向心力及其方向 (1)定定义义：做匀速：做匀速圆圆周运周运动动的物体所受的方向始的物体所受的方向始终终指向指向 的合力。的合力。(2)方向：始方向：始终终指向指向圆圆心，心，总总是与运是与运动动方向方向 。(3)作用：向心力只改作用：向心力只改变变速度速度 ，不改，不改变变速度速度 ，因此向心力不做功。因此向心力不做功。圆圆心心垂直垂直方向方向大小大小返回2向心力的大小向心力的大小(1)实验实验探究探究 探究目的：探究向心力大小探究目的：探究向心力大小F与与质质量量m、角速度、角速度和半径和半径r之之间间的关系。的关系。实验实验方法：方法：。实验过实验过程：程：a保持保持、r相同，研究向心力相同，研究向心力F与小球与小球质质量之量之间间的关系。的关系。b保持保持 相同，研究向心力相同，研究向心力F与与 之之间间的关系。的关系。c保持保持、m相同，研究向心力相同，研究向心力F与半径与半径r之之间间的关系。的关系。控制控制变变量法量法m、r角速度角速度返回 实验结论实验结论：做匀速：做匀速圆圆周运周运动动所需向心力的大小，在所需向心力的大小，在质质量和角速度一定量和角速度一定时时，与半径成，与半径成 比；在比；在质质量和半径一量和半径一定定时时，与角速度的平方成，与角速度的平方成 比；在半径和角速度一定比；在半径和角速度一定时时，与与质质量成量成 比。比。(2)向心力的公式：向心力的公式：F 或或F 。正正正正正正m2r返回 重点诠释重点诠释 返回 2向心力是效果力向心力是效果力 向心力因其方向向心力因其方向时时刻指向刻指向圆圆心而得名，是效果力。心而得名，是效果力。它的作用效果是只改它的作用效果是只改变变速度方向不改速度方向不改变变速度大小。速度大小。它不是具有特定性它不是具有特定性质质的某种力，任何性的某种力，任何性质质的力都可以作的力都可以作为为向心力。受力分析向心力。受力分析时时不分析向心力。不分析向心力。返回 3向心力的特点向心力的特点 (1)向心力垂直于速度方向，永向心力垂直于速度方向，永远远不做功，向心力不是不做功，向心力不是恒力，而是恒力，而是变变力。力。(2)向心力与向心力与圆圆周运周运动动的关系是：不是因的关系是：不是因为为物体做物体做圆圆周周运运动动才才产产生向心力，而是向心力作用迫使物体不断改生向心力，而是向心力作用迫使物体不断改变变速速度方向而做度方向而做圆圆周运周运动动。返回 4向心力的来源向心力的来源 向心力不是根据力的性向心力不是根据力的性质质来命名的力，它不是物体受来命名的力，它不是物体受到的另外的一种力，它可以是重力、到的另外的一种力，它可以是重力、弹弹力、摩擦力等各种力、摩擦力等各种性性质质的力，也可以是它的力，也可以是它们们的合力或者是某个力的分力。的合力或者是某个力的分力。(1)向心力可以由重力提供，如用向心力可以由重力提供，如用细线细线拴住小球在拴住小球在竖竖直直面内面内转动转动，当它，当它经过经过最高点最高点时时，若，若线线的拉力恰好的拉力恰好为为零，零，则则此此时时向心力由重力提供，向心力由重力提供，F向向G，如，如图图221(a)。(2)向心力可以由向心力可以由弹弹力提供，如用力提供，如用细线细线拴住小球在光滑拴住小球在光滑的水平面内做匀速的水平面内做匀速圆圆周运周运动动，向心力由，向心力由绳绳的拉力的拉力T(即即弹弹力力)提供，即提供，即F向向T，如，如图图(b)。返回图图221 (3)向心力可以由摩擦力提供，如物体随向心力可以由摩擦力提供，如物体随转盘转盘做匀速做匀速圆圆周运周运动动，且物体相，且物体相对转盘对转盘静止，向心力由静止，向心力由转盘对转盘对物体物体的静摩擦力提供，即的静摩擦力提供，即F向向f，如，如图图(c)。返回 (4)向心力可以由合力来提供，如向心力可以由合力来提供，如细线细线拴住小球在拴住小球在竖竖直直面内做匀速面内做匀速圆圆周运周运动动，当小球，当小球经过经过最低点最低点时时向心力由向心力由线线的的拉力拉力T和重力和重力G的合力提供，即的合力提供，即F向向TG，如，如图图(d)。(5)向心力可由某个力的分力提供，小球在向心力可由某个力的分力提供，小球在细线细线作用下，作用下，在水平面内做在水平面内做圆锥摆圆锥摆运运动动，向心力由，向心力由线线的拉力在水平面内的拉力在水平面内的分力提供，即的分力提供，即F向向F1，如，如图图(e)。返回1关于向心力的下列关于向心力的下列说说法中正确的是法中正确的是()A物体由于做物体由于做圆圆周运周运动动而而产产生了一个指向生了一个指向圆圆心的力心的力就是向心力就是向心力B向心力不能改向心力不能改变变做做圆圆周运周运动动物体的速度大小物体的速度大小C做匀速做匀速圆圆周运周运动动的物体，其向心力是不的物体，其向心力是不变变的的D做做圆圆周运周运动动的物体，其所受外力的合力的方向一的物体，其所受外力的合力的方向一定指向定指向圆圆心心返回解析：解析：向心力由其他性向心力由其他性质质的力提供，使物体做的力提供，使物体做圆圆周运周运动动，选项选项A错误错误。向心力只改。向心力只改变变速度的方向，速度的方向，选项选项B正确。做匀正确。做匀速速圆圆周运周运动动的物体的向心力的大小保持不的物体的向心力的大小保持不变变，而方向，而方向时时刻刻在改在改变变，选项选项C错误错误。做匀速。做匀速圆圆周运周运动动的物体，其合力就是的物体，其合力就是向心力，一定指向向心力，一定指向圆圆心；但做心；但做变变速率速率圆圆周运周运动动的物体所受的物体所受外力的合力并不一定指向外力的合力并不一定指向圆圆心，心，选项选项D错误错误。答案：答案：B返回自学教材自学教材向心力向心力2r圆心圆心返回重点诠释重点诠释 对对向心加速度的理解向心加速度的理解 (1)意意义义：描述：描述线线速度方向速度方向变变化的快慢。化的快慢。(2)方向：方向：总总是沿着是沿着圆圆周运周运动动的半径指向的半径指向圆圆心，不心，不论论加速度加速度a的大小是否的大小是否变变化，化，a的方向是的方向是时时刻改刻改变变的，所以的，所以圆圆周运周运动动一定是一定是变变加速运加速运动动。返回返回 对对大小大小变变化的理解化的理解 a当匀速当匀速圆圆周运周运动动的半径一定的半径一定时时，向心加速度的大小，向心加速度的大小与角速度的平方成正比，也与与角速度的平方成正比，也与线线速度的平方成正比。随速度的平方成正比。随频频率率的增加或周期的减小而增大。的增加或周期的减小而增大。b当角速度一定当角速度一定时时，向心加速度与运，向心加速度与运动动半径成正比。半径成正比。c当当线线速度一定速度一定时时，向心加速度与运，向心加速度与运动动半径成反比。半径成反比。(4)向心加速度公式也适用于非匀速向心加速度公式也适用于非匀速圆圆周运周运动动。返回返回答案：答案：B返回返回 例例1一一圆盘圆盘可可绕绕通通过圆盘过圆盘中心中心O且垂直于且垂直于盘盘面的面的竖竖直直轴转动轴转动，在，在圆盘圆盘上上放置一小木放置一小木块块A，它随，它随圆盘圆盘一起做匀速一起做匀速圆圆周运周运动动，如，如图图222所示，所示，则则关于关于木木块块A的受力，下列的受力，下列说说法正确的是法正确的是()图图222返回 A木木块块A受重力、支持力和向心力受重力、支持力和向心力 B木木块块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木与木块块运运动动方向相反方向相反 C木木块块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向指向指向圆圆心心 D木木块块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与与木木块块运运动动方向相同方向相同返回 思路点思路点拨拨解答本解答本题时应题时应注意以下两个方面：注意以下两个方面：(1)向心力不是物体受的力。向心力不是物体受的力。(2)静摩擦力的方向与木静摩擦力的方向与木块块相相对圆盘对圆盘的相的相对对运运动趋势动趋势方向方向相反。相反。解析解析因因为为小木小木块块随随圆盘圆盘一起做匀速一起做匀速圆圆周运周运动动，受重，受重力、支持力和静摩擦力的作用，而静摩擦力又充当了木力、支持力和静摩擦力的作用，而静摩擦力又充当了木块块做做匀速匀速圆圆周运周运动动的向心力，所以的向心力，所以A错错；因；因为为木木块块的运的运动动方向方向总总是沿是沿该该点的切点的切线线方向，而静摩擦力的方向是方向，而静摩擦力的方向是时时刻指向刻指向圆圆心的，心的，所以所以B、D错错，C对对。答案答案C返回 借借题发挥题发挥 (1)做匀速做匀速圆圆周运周运动动的物体，其合外力一定指向的物体，其合外力一定指向圆圆心，心，提供向心力。提供向心力。(2)判断向心力的来源判断向心力的来源应应首先确定物体做首先确定物体做圆圆周运周运动动的的圆圆心及其心及其轨轨道所在平面，并道所在平面，并对对物体物体进进行受力分析，找出行受力分析，找出哪个力或哪些力的合力指向哪个力或哪些力的合力指向圆圆心，心，则这则这个力个力(或合力或合力)即即为为该圆该圆周运周运动动的向心力。的向心力。返回1.如如图图223所示，在匀速所示，在匀速转动转动的的圆圆筒内壁上筒内壁上紧紧靠着一个物体和靠着一个物体和圆圆桶一起运桶一起运动动，则则物体所受的物体所受的向心力是向心力是()A弹弹力力B重力重力C静摩擦力静摩擦力 D滑滑动动摩擦力摩擦力解析：解析：物体随物体随圆圆桶一起做匀速桶一起做匀速圆圆周运周运动动，运，运动动平面平面为为水水平面，一定是由水平方向平面，一定是由水平方向圆圆桶桶对对物体的物体的弹弹力提供向心力，力提供向心力，故故A正确。正确。答案：答案：A返回 例例2如如图图224所示所示为为两两级级皮皮带传动带传动装置，装置，转动时转动时皮皮带带均均不打滑，中不打滑，中间间两个两个轮轮子是固定在子是固定在一起的，一起的，轮轮1的半径和的半径和轮轮2的半径相同，的半径相同，轮轮3的半径和的半径和轮轮4的半径相同，且的半径相同，且为轮为轮1和和轮轮2半径的一半，半径的一半，则轮则轮1边缘边缘的的a点和点和轮轮4边缘边缘的的c点相比点相比()图图224返回返回答案答案D返回 借借题发挥题发挥 (1)在在传动传动装置中要抓住两个基本关系：装置中要抓住两个基本关系：皮皮带带(或或齿轮齿轮)带动带动的接触面上的接触面上线线速度大小相等。速度大小相等。同一同一转轴转轴(除除轴轴心心)上的各部分角速度相等。上的各部分角速度相等。(2)在在线线速度相等的情况下，比速度相等的情况下，比较较向心加速度的大小，用向心加速度的大小，用公式公式av2/r；在角速度相等的情况下，用公式；在角速度相等的情况下，用公式ar2则较为则较为方便。方便。返回2如如图图225所示，所示，O、O1为为两个皮两个皮带带轮轮，O轮轮的半径的半径为为r，O1轮轮的半径的半径为为R，且且Rr，M点点为为O轮边缘轮边缘上的一点，上的一点，N点点为为O1轮轮上的任意一点，当皮上的任意一点，当皮带轮转动时带轮转动时(设转动过设转动过程程中不打滑中不打滑)，则则()图图225 返回AM点的向心加速度一定大于点的向心加速度一定大于N点的向心加速度点的向心加速度BM点的向心加速度一定等于点的向心加速度一定等于N点的向心加速度点的向心加速度CM点的向心加速度可能小于点的向心加速度可能小于N点的向心加速度点的向心加速度DM点的向心加速度可能等于点的向心加速度可能等于N点的向心加速度点的向心加速度返回答案：答案：A返回 例例3如如图图226所示，一个内壁光滑的所示，一个内壁光滑的圆锥圆锥形筒形筒的的轴线轴线垂直于水平面，垂直于水平面，圆锥圆锥筒固定不筒固定不动动，有两个，有两个质质量相等量相等的小球的小球A和和B紧贴紧贴着筒的内壁分着筒的内壁分别别在在图图中所示的水平面内做中所示的水平面内做匀速匀速圆圆周运周运动动，则则以下以下说说法中正确的是法中正确的是()AA球的球的线线速度必定大于速度必定大于B球的球的线线速度速度 BA球的角速度必定小于球的角速度必定小于B球的角速度球的角速度 CA球的运球的运动动周期必定小于周期必定小于B球的运球的运动动周期周期 DA球球对对筒壁的筒壁的压压力必定大于力必定大于B球球对对筒壁的筒壁的压压力力返回返回 解析解析小球小球A和和B的受力情况如的受力情况如图图所示，所示，由由图图可知，两球的向心力都来源于重力可知，两球的向心力都来源于重力mg和和支持力支持力N的合力，建立如的合力，建立如图图所示的坐所示的坐标标系，系，则则有：有：N1Nsin mg N2Ncos F 所以所以Fmgcot。返回答案答案AB返回 借借题发挥题发挥 从从动动力学角度解决力学角度解决圆圆周运周运动问题时动问题时，在分析受力和，在分析受力和力的分解基力的分解基础础上明确哪部分力充当向心力。另外在比上明确哪部分力充当向心力。另外在比较较某个物理量的大小某个物理量的大小时时，通常，通常应应写出写出这这个物理量的表达式，个物理量的表达式，然后根据表达式确定它然后根据表达式确定它们们的大小关系。的大小关系。返回图图227返回解析：解析：A、B两物体在同一两物体在同一转转台上，且无滑台上，且无滑动动，所以角速度，所以角速度相同，由相同，由vr，rBrA，得，得B的的线线速度大于速度大于A的的线线速度，速度，C错误错误；又由；又由a2r，得，得aBaA，A正确，正确，B错误错误；因；因为为A、B的向心力由摩擦力提供，由的向心力由摩擦力提供，由Fmr2可知可知转转台台对对B的静摩的静摩擦力大，擦力大，D错误错误。答案：答案：A返回返回 随堂基础巩固随堂基础巩固 返回 课时跟踪训练课时跟踪训练