向心力(人教版必修2).ppt

第五章 曲线运动 第六节 向心力人教版必修人教版必修2实例物体做圆周运动一定受到力的作用物体做圆周运动一定受到力的作用vFvFvF人人 造造 卫卫 星星 绕绕 地地 球球 运运 行行知识点回顾1 1、如何理解匀速圆周运动是一种变速运动？、如何理解匀速圆周运动是一种变速运动？2 2、匀速圆周运动匀速圆周运动 向心加速度是如何定义的向心加速度是如何定义的？其表达式是什么？其物理意义是什么？其表达式是什么？其物理意义是什么？或或物理意义物理意义：描述线速度改变的快慢，只改变线速度：描述线速度改变的快慢，只改变线速度方向，不改变其大小方向，不改变其大小向心力及其特点定义：定义：做匀速圆周运动的物体一定受到一个做匀速圆周运动的物体一定受到一个指向圆心的合力指向圆心的合力，这个合力叫做向心力。，这个合力叫做向心力。方向时刻发生变化（始终指向圆心且与速方向时刻发生变化（始终指向圆心且与速度方向垂直）度方向垂直）向心力的作用：向心力的作用：只改变线速度的方向不只改变线速度的方向不改变速度大小改变速度大小 向心力是根据力的作用向心力是根据力的作用效果效果来来命名命名的，的，它可以是某一个力，或者是几个力的合力它可以是某一个力，或者是几个力的合力来提供。来提供。受力分析时受力分析时,不能不能多出一个向心力。多出一个向心力。向心力的大小与哪些物理量有关呢？思考思考公式：公式：Fn=mr2 向心力的大小=mv=mv2/r=mr(2/T)2实验：实验：用用圆锥摆圆锥摆粗略验证向心力的表达式粗略验证向心力的表达式小球受到哪些力的作用？小球受到哪些力的作用？向心力由什么力提供？向心力由什么力提供？想一想rOGF合F结论结论:向心力由拉力向心力由拉力F和重力和重力G的的合力提供合力提供实验：用圆锥摆粗略验证向心力的表达式1、实验的基本原理？从运动的角度求得Fn；从受力的角度求得F合；将Fn 和F合 进行比较2、实验需要的器材？钢球、细线、画有同心圆的木板、秒表、直尺rOOlhFTGF合3、实验需要测量的数据有哪些？如何测量？F合mg tan小球所需向心力Fn=mv2rm？r？v？m、r、转n圈数所用时间t、lO O小球受力分析：小球受力分析：轻绳栓一小球，在光滑水平面做匀速圆周运动。小球向心力的轻绳栓一小球，在光滑水平面做匀速圆周运动。小球向心力的来源？来源？G GF FN NF F 向心力由小球受到的桌面支持力向心力由小球受到的桌面支持力F FN N、小球的重力、小球的重力G G、绳子、绳子的拉力的的拉力的合力提供。合力提供。匀速圆周运动实例分析匀速圆周运动实例分析向心力的来源向心力的来源F F向向=F=F合合=F=F物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动物体相对转盘静止，随盘做匀速圆周运动F F向向=F=F合合=F=Ff f由小球受到的重力、支持由小球受到的重力、支持力、静摩擦力三个力的力、静摩擦力三个力的合合力提供力提供。即圆盘对木块的静摩擦力即圆盘对木块的静摩擦力F Ff f O OG GF FN NF Ff f小球向心力的来源小球向心力的来源?匀速圆周运动实例分析匀速圆周运动实例分析向心力的来源向心力的来源G GF Ff fF FN N讨论：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？讨论：物块随着圆桶一起匀速转动时，物块的受力？物块向心力的来源物块向心力的来源?物块做匀速圆周运动时，物块做匀速圆周运动时，合力提供向心力合力提供向心力，即桶对，即桶对物块的支持力。物块的支持力。匀速圆周运动实例分析匀速圆周运动实例分析向心力的来源向心力的来源OORmmOrmgFNF合合mgFNF合合F合合mg tan竖直方向竖直方向:FN cosmg水平方向水平方向:F合合=m2r竖直方向：竖直方向：FN cosmg水平方向：水平方向：F合合=m2 R sin沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球沿光滑漏斗或碗内壁做圆周运动的小球总结：总结：向心力是根据向心力是根据效果效果命名的力，并不是一种命名的力，并不是一种 新的性质的力新的性质的力。向心力的向心力的来源来源：可以是重力、弹力、摩擦：可以是重力、弹力、摩擦 力等各种性质的力，也可以是几个力的力等各种性质的力，也可以是几个力的合力合力，还可以是某个力的还可以是某个力的分力分力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。向心力不是物体真实受到的一个向心力不是物体真实受到的一个力，不能说物体受到向心力的作用力，不能说物体受到向心力的作用 ，只能说某个力或某几个力提供了向，只能说某个力或某几个力提供了向心力。心力。变速圆周运动和一般曲线运动变速圆周运动和一般曲线运动 变速圆周运动的合外力也指向圆心吗？变速圆周运动的合外力也指向圆心吗？变速圆周运动的速度大小是怎么改变的？变速圆周运动的速度大小是怎么改变的？怎么分析研究一般的曲线运动？怎么分析研究一般的曲线运动？做变速圆周运动的物体所受的力做变速圆周运动的物体所受的力FFnFtF Ft t 切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小切向分力，它产生切向加速度，改变速度的大小.F Fn n 向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向向心分力，它产生向心加速度，改变速度的方向.结论结论同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就同时具有向心加速度和切向加速度的圆周运动就是变速圆周运动是变速圆周运动，匀速圆周运动切向加速度为零。匀速圆周运动切向加速度为零。加速变速圆周 把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作为一小段圆弧，而这些圆弧的弯曲程都可以看作为一小段圆弧，而这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在注度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在注意到这点区别之后，分析质点经过曲线上某位置意到这点区别之后，分析质点经过曲线上某位置的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法对一的运动时，就可以采用圆周运动的分析方法对一般曲线运动进行处理了。般曲线运动进行处理了。r r1 1r r2 2 处理一般曲线运动的方法：处理一般曲线运动的方法：要点二匀速要点二匀速圆圆周运周运动动的的处处理方法理方法1分析思路分析思路凡凡是是做做匀匀速速圆圆周周运运动动的的物物体体一一定定需需要要向向心心力力，而而物物体体所所受受外外力力的的合合力力充充当当向向心心力力，这这是是处处理理该该类类问问题题的理的理论论基基础础2解解题题步步骤骤(1)四四确确定定：确确定定研研究究对对象象、确确定定轨轨道道平平面面、确确定定圆圆心位心位置置、确确定定向向心心力力的的方方向向(确确定定轨轨道道平平面面和和圆圆心心位位置置是是难难点点)例例2 长长为为L的的细细线线，拴拴一一质质量量为为m的的小小球球，一一端端固固定定于于O点点，让让小小球球在在水水平平面面内内做做匀匀速速圆圆周周运运动动，如如图图所所示示，当当摆线摆线L与与竖竖直方向的直方向的夹夹角角为为时时，求：，求：(1)细线细线的拉力的拉力F.(2)小球运小球运动动的的线线速度的大小速度的大小(3)小球运小球运动动的角速度及周期的角速度及周期【思思路路点点拨拨】先先对对小小球球进进行行受受力力分分析析，找找到到向向心心力再由几何关系求出小球做力再由几何关系求出小球做圆圆周运周运动动的半径的半径【方方法法总总结结】(1)在在解解决决匀匀速速圆圆周周运运动动的的过过程程中中，要要知知道道物物体体圆圆形形轨轨道道所所在在的的平平面面，明明确确圆圆心心和和半半径径是是解解题题的的一一个关个关键环节键环节(2)列列方方程程时时要要区区分分受受到到的的力力和和物物体体做做圆圆周周运运动动所所需需的的向向心力，利用心力，利用题题目条件灵活运用向心力表达式目条件灵活运用向心力表达式2跟踪训练跟踪训练匀速圆周运动：匀速圆周运动：变速圆周运动变速圆周运动：F向向是F合合的指向圆心方向的分力Fn n 向心力的向心力的来源来源：可以是重力、弹力、摩：可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合合力力，还可以是某个力的还可以是某个力的分力分力。物体做匀速圆周运动时，由合力提供向物体做匀速圆周运动时，由合力提供向心力。心力。小结小结3 3、向心力的大小、向心力的大小2 2、向心力的作用效果：、向心力的作用效果：1 1、向心力的方向：向心力的方向：4 4、变速圆周运动中的合力并非向心力、变速圆周运动中的合力并非向心力Fn=m v2rFn=m r2Fn=m r 42T 2在匀速圆周运动中合力充当向心力在匀速圆周运动中合力充当向心力指向圆心指向圆心改变速度的方向改变速度的方向 1 1、关于向心力说法中正确的是（、关于向心力说法中正确的是（）A A、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力；、物体由于做圆周运动而产生的力叫向心力；B B、向心力不改变速度的大小；、向心力不改变速度的大小；C C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的；的；D D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以外的一种新的力以外的一种新的力B B 课堂练习课堂练习2 2、用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说、用细线拴住一球做匀速圆周运动，下列说法中正确的是（法中正确的是（）A.A.在线速度一定情况下，线越长越易断在线速度一定情况下，线越长越易断B.B.在线速度一定情况下，线越短越易断在线速度一定情况下，线越短越易断C.C.在角速度一定情况下，线越长越易断在角速度一定情况下，线越长越易断D.D.在角速度一定情况下，线越短越易断在角速度一定情况下，线越短越易断BC3 3、在在光光滑滑的的横横杆杆上上穿穿着着两两质质量量不不同同的的两两个个小小球球，小小球球用用细细线线连连接接起起来来，当当转转台台匀匀速速转转动动时时，下下列列说法正确的是说法正确的是()()A A两小球速率必相等两小球速率必相等B B两小球角速度必相等两小球角速度必相等C C两小球加速度必相等两小球加速度必相等D D两小球到转轴距离与其质量成反比两小球到转轴距离与其质量成反比 BD 4、甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为12,转动半径之比为12,在相同时间内甲转过4周，乙转过3周.则它们的向心力之比为（）A.14 B.23 C.49 D.916C5、如图，半径为r的圆筒绕竖直中心轴转动，小橡皮块紧帖在圆筒内壁上，它与圆筒的摩擦因数为，现要使小橡皮不落下，则圆筒的角速度至少多大？（设最大静摩擦力等于滑动摩擦力）解析：小橡皮受力分析如图。小橡皮恰不下落时，有：Ff=mg其中：Ff=FN而由向心力公式：FN=m2r解以上各式得：GFfFN