【高中物理】向心力课件 高一下学期物理人教版（2019）必修第二册.pptx

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1、人教版物理必修二人教版物理必修二第六章第六章 圆周运动圆周运动第二节第二节 向心力向心力(1)(1)复习引入复习引入匀速圆周运动的实质：匀速圆周运动的实质：变速曲线运动变速曲线运动变速曲线运动变速曲线运动运动状态改变运动状态改变一定受到外力一定受到外力一定存在加速度一定存在加速度那么做匀速圆周运动的物体所受的合力有何特点那么做匀速圆周运动的物体所受的合力有何特点？加速度又怎样呢？加速度又怎样呢？地球受力沿什么方向地球受力沿什么方向小球所受合力沿什么方向小球所受合力沿什么方向月球受地球引力沿什么方向受地球引力沿什么方向O OF FN NG GF F 结论：做匀速圆运动的小球，合结论：做匀速圆运动

2、的小球，合外力指向圆心，与速度外力指向圆心，与速度v v始终垂直始终垂直1.1.定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合定义：做匀速圆周运动的物体所受到的指向圆心的合力，叫向心力。力，叫向心力。4.4.效果：只改变效果：只改变 v v 的方向，不的方向，不改变改变 v v 的大小。的大小。3.3.方向：始终指向圆心方向：始终指向圆心 (与与 v v 垂直垂直 )，方向时刻发生变化是变力方向时刻发生变化是变力2.2.符号：符号：F Fn n一、向心力一、向心力v vv vv vO OF Fn nF Fn nF Fn n讨论交流：向心力是不是一种新的性质力？即向心讨论交流：向心力是不是一种新

3、的性质力？即向心力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是按照某种力是不是与重力、弹力、摩擦力一样都是按照某种性质来命名的力？性质来命名的力？注意：注意：1 1、向心力通常由重力、弹力、摩擦、向心力通常由重力、弹力、摩擦力中的某一个力，或者是某个力的分力中的某一个力，或者是某个力的分力，或几个力的在半径方向分力的合力，或几个力的在半径方向分力的合力所提供力所提供2 2、向心力是根据力的作用效果来命名、向心力是根据力的作用效果来命名的，受力分析时不要把向心力当作一个的，受力分析时不要把向心力当作一个独立的性质力独立的性质力F FF FF Fv vv vv vO O1 1向心力的特点向心力的特点(1)(

4、1)向心力是按力的作用效果来命名的力它不是具向心力是按力的作用效果来命名的力它不是具有确定性质的某种力，相反，任何性质的力都可以作有确定性质的某种力，相反，任何性质的力都可以作为向心力例如，小铁块在匀速转动的圆盘内保持相为向心力例如，小铁块在匀速转动的圆盘内保持相对静止的原因是静摩擦力充当向心力；若圆盘是光滑对静止的原因是静摩擦力充当向心力；若圆盘是光滑的，就必须用细线拴住小铁块，才能保证小铁块同圆的，就必须用细线拴住小铁块，才能保证小铁块同圆盘一起做匀速转动，这时向心力由细线的拉力提供盘一起做匀速转动，这时向心力由细线的拉力提供二、向心力的特点及来源二、向心力的特点及来源(3)(3)向心力可

5、以是某几个力的合力，也可以是某个力的分向心力可以是某几个力的合力，也可以是某个力的分力力例如，用细绳拴着质量为例如，用细绳拴着质量为m m的物体，在竖直平面内做圆周运动的物体，在竖直平面内做圆周运动到最低点时，其向心力由绳的拉力和物体的重力到最低点时，其向心力由绳的拉力和物体的重力(F F向向F F拉拉mgmg)两个力的合力充当而在圆锥摆运动中，小球两个力的合力充当而在圆锥摆运动中，小球做匀速圆周运动的向心力则是由重力的分力做匀速圆周运动的向心力则是由重力的分力(F F向向mgmgtan tan，其中其中为摆线与竖直轴的夹角为摆线与竖直轴的夹角)充当，因此绝不能在受力分析充当，因此绝不能在受力

6、分析时沿圆心方向多加一个向心力时沿圆心方向多加一个向心力(2)(2)向心力的作用效果是改变线速度的方向做匀速圆周运动向心力的作用效果是改变线速度的方向做匀速圆周运动的物体所受的合外力即为向心力它是产生向心加速度的原因，的物体所受的合外力即为向心力它是产生向心加速度的原因，其方向一定指向圆心，是变化的其方向一定指向圆心，是变化的(线速度大小变化的非匀速圆线速度大小变化的非匀速圆周运动的物体所受的合外力不指向圆心，它既要改变速度方向，周运动的物体所受的合外力不指向圆心，它既要改变速度方向，同时也改变速度的大小，即产生法向加速度和切向加速度同时也改变速度的大小，即产生法向加速度和切向加速度)弹力提供

7、向心力如图，在光滑水平面弹力提供向心力如图，在光滑水平面上的上的O O点系上绳子的一端，绳子另一端系一点系上绳子的一端，绳子另一端系一小球，小球，使小球在桌面上做匀速圆周运动，使小球在桌面上做匀速圆周运动，则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的则小球做匀速圆周运动的向心力由绳子的拉力拉力(弹力弹力)提供提供2 2向心力的来源分析向心力的来源分析(1)(1)任何一种力或几种力的合力，只要它能使物体产生向心加任何一种力或几种力的合力，只要它能使物体产生向心加速度，这个合力就是物体做圆周运动所需的向心力速度，这个合力就是物体做圆周运动所需的向心力(2)(2)若物体做匀速圆周运动，其向心力必然是物体所受

8、的合力，若物体做匀速圆周运动，其向心力必然是物体所受的合力，它始终沿着半径方向指向圆心，并且大小恒定它始终沿着半径方向指向圆心，并且大小恒定(3)(3)若物体做非匀速圆周运动，其向心力则为物体所受的合力若物体做非匀速圆周运动，其向心力则为物体所受的合力在半径方向上的分力，而合力在切线方向的分力则用于改变线在半径方向上的分力，而合力在切线方向的分力则用于改变线速度的大小以下用几个实例来分析速度的大小以下用几个实例来分析静摩擦力提供向心力静摩擦力提供向心力如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆如图所示，木块随圆盘一起做匀速圆周运动，其向心力由静摩擦力提供，周运动，其向心力由静摩擦力提供，静摩擦力总是沿半

9、径指向圆心说明静摩擦力总是沿半径指向圆心说明木块相对圆盘的运动趋势方向是沿半木块相对圆盘的运动趋势方向是沿半径背离圆心，静摩擦力的方向与相对径背离圆心，静摩擦力的方向与相对运动趋势方向相反汽车在水平面上运动趋势方向相反汽车在水平面上拐弯时所需的向心力就是由路面施加拐弯时所需的向心力就是由路面施加的静摩擦力提供的的静摩擦力提供的合力提供向心力合力提供向心力实际上，上述几种情况均是由合力提供向心力的，只不实际上，上述几种情况均是由合力提供向心力的，只不过物体所受的合力就等于其中某个力而已物体做匀速过物体所受的合力就等于其中某个力而已物体做匀速圆周运动时，其合力必然等于所需的向心力，只不过有圆周运动

10、时，其合力必然等于所需的向心力，只不过有时合力不易求出，必须应用平行四边形定则才能求得时合力不易求出，必须应用平行四边形定则才能求得如右上图所示，汽车过拱桥经最如右上图所示，汽车过拱桥经最高点时，其向心力由重力和支持高点时，其向心力由重力和支持力的合力提供力的合力提供向心力由分力提供向心力由分力提供如图所示，物体在竖直面内的光滑轨道内如图所示，物体在竖直面内的光滑轨道内做圆周运动经过做圆周运动经过A A点时，向心力由轨道施点时，向心力由轨道施加的支持力和重力在半径方向的分力提供，加的支持力和重力在半径方向的分力提供，即即F Fn nF FN NG G1 1.提示：向心力并不是一种特殊性质的力，

11、它是根据力的提示：向心力并不是一种特殊性质的力，它是根据力的作用效果命名的向心力可以是重力、弹力、摩擦力等作用效果命名的向心力可以是重力、弹力、摩擦力等各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个各种性质的力，也可以是几个力的合力，还可以是某个力的分力没有单独存在的另外的向心力，在对物体进力的分力没有单独存在的另外的向心力，在对物体进行受力分析时，不能额外的加个向心力行受力分析时，不能额外的加个向心力 1 1、提出问题：向心力的大小与哪些因素有关、提出问题：向心力的大小与哪些因素有关？2 2、猜想假设：、猜想假设：FnFn与与m m、r r、有关有关3 3、设计实验：、设计实验：4 4、进

12、行实验、进行实验：控制变量法控制变量法向心力演示器向心力演示器三、影响向心力大小的因素三、影响向心力大小的因素保持保持r r、一定一定FnFn与与m m的关系的关系保持保持m m、一定一定FnFn与与r r的关系的关系保持保持r r、m m一定一定FnFn与与的关系的关系5 5、得出结论：、得出结论：保持保持r r、m m一定一定保持保持m m、一定一定保持保持r r、一定一定Fn m Fn m Fn rFn rFn Fn 2 2Fn Fn kmkm2 2r r向心力的大小向心力的大小F Fn n=mr=mr2 2=mv=mv2 2/r=mr(2/T)/r=mr(2/T)2 2式中各量采用国际

13、单位制时式中各量采用国际单位制时k=1k=1当当m m、v v不变时，不变时，F Fn n与与r r成反比；当成反比；当m m、r r不变时，不变时，F Fn n与与v v2 2成正比。成正比。当当m m、不变时，不变时，F Fn n与与r r成正比；当成正比；当m m、r r不变时，不变时，F Fn n与与2 2成正比成正比1 1指导思路：凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向指导思路：凡是做匀速圆周运动的物体一定需要向心力而物体所受外力的合力充当向心力，这是处理该心力而物体所受外力的合力充当向心力，这是处理该类问题的理解基础类问题的理解基础2 2解题步骤：解题步骤：(1)(1)明确研究对象，对

14、研究对象进行受力分析，画出受明确研究对象，对研究对象进行受力分析，画出受力示意图力示意图(2)(2)将物体所受外力通过力的分解将其作用在两条直线将物体所受外力通过力的分解将其作用在两条直线上，其中一部分力沿半径方向上，其中一部分力沿半径方向解决圆周运动问题的方法解决圆周运动问题的方法(3)(3)列方程：沿半径方向满足列方程：沿半径方向满足F F合合1 1mrmr2 2=沿切线方向沿切线方向F F合合2 2mama切切.四、变速圆周运动与一般曲线运动四、变速圆周运动与一般曲线运动力与速度同线，力只改变速度大小，不改变速度方向。力与速度同线，力只改变速度大小，不改变速度方向。力与速度垂直，力只改变

15、速度方向，不改变速度大小。力与速度垂直，力只改变速度方向，不改变速度大小。力与速度成其它任意角度，根据力与速度成其它任意角度，根据力的分解力的分解合成将力分合成将力分解到速度所在直线解到速度所在直线和与速度和与速度垂直的直线上，则有力既垂直的直线上，则有力既改变速度改变速度大小，同时也改变速度方向。大小，同时也改变速度方向。匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；匀速圆周运动所受的合力提供向心力，方向始终指向圆心；如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做如果一个沿圆周运动的物体所受的合力不指向圆心，还能做匀速圆周运动吗？匀速圆周运动吗？当沿圆周运动的物体所受的合当沿圆周

16、运动的物体所受的合力不指向圆心时，物体做变速力不指向圆心时，物体做变速圆周运动。圆周运动。O OvF合合FnFtO OvF合合FnFt加速圆周运动加速圆周运动减速圆周运动减速圆周运动向心力向心力F Fn n：沿着半径（或指向圆心）的合力沿着半径（或指向圆心）的合力 产生向心加速度，改变速度的方向产生向心加速度，改变速度的方向切向力切向力F Ft t ：垂直半径方向的合力垂直半径方向的合力 产生切向加速度，改变速度的大小产生切向加速度，改变速度的大小运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动称为一般的运动轨迹既不是直线也不是圆周的曲线运动称为一般的曲线运动。曲线运动。r r1 1r r2 2一般曲线

17、运动各个地方的弯曲程度不一样，如何研究一般曲线运动各个地方的弯曲程度不一样，如何研究？把一般曲线分割为许多极短的小段，把一般曲线分割为许多极短的小段，每一段都可以看作一小段圆弧。这每一段都可以看作一小段圆弧。这些圆弧的弯曲程度不一样，表明它些圆弧的弯曲程度不一样，表明它们具有不同的曲率半径。在分析质们具有不同的曲率半径。在分析质点经过曲线上某位置的运动时可以点经过曲线上某位置的运动时可以采用圆周运动的分析方法进行处理。采用圆周运动的分析方法进行处理。提示：提示：解决匀速圆周运动相关问题的方法就是解决匀速圆周运动相关问题的方法就是解决动力学问题的一般方法，其解决问题的步解决动力学问题的一般方法，

18、其解决问题的步骤也是解决动力学问题的步骤，但要注意灵活骤也是解决动力学问题的步骤，但要注意灵活运用匀速圆周运动的一些运动学规律，同时在运用匀速圆周运动的一些运动学规律，同时在解题的过程中要弄清匀速圆周运动问题的轨道解题的过程中要弄清匀速圆周运动问题的轨道平面、圆心和半径等平面、圆心和半径等向心力问题分析的一般思路：向心力问题分析的一般思路：5.5.列方程：沿半径方向：列方程：沿半径方向：沿切向：沿切向：1 1.明确研究对象；明确研究对象；2.2.确定圆周运动所在的平面，明确圆周运动的轨迹、半径及确定圆周运动所在的平面，明确圆周运动的轨迹、半径及 圆心位置；圆心位置；3.3.分析圆周运动规律，明

19、确线速度或角速度；或周期等，确分析圆周运动规律，明确线速度或角速度；或周期等，确 定运动所需向心力；定运动所需向心力；4.4.向心力来源分析：对物体进行受力分析，建立直角坐标系向心力来源分析：对物体进行受力分析，建立直角坐标系使其中一条坐标轴的方向指向圆心，分析指向圆心方向的使其中一条坐标轴的方向指向圆心，分析指向圆心方向的合力即向心力，即提合力即向心力，即提供供的向心力；的向心力；6.6.解方程求出结果。解方程求出结果。1 1、向心力公式虽然是从匀速圆周运动得出的，它同样、向心力公式虽然是从匀速圆周运动得出的，它同样适用于变速圆周运动。适用于变速圆周运动。2 2、做圆周运动的、做圆周运动的物

20、体某处所受的合力沿半径方向的分力物体某处所受的合力沿半径方向的分力就是向心力其大小就是向心力其大小等于等于 3 3、变速圆周运动的合外力、变速圆周运动的合外力不一定等于不一定等于向心力，向心力，不一定不一定指向指向圆心。圆心。小结：小结：4 4、所有做曲线运动的物体都需要向心力，其向心力、所有做曲线运动的物体都需要向心力，其向心力其中其中R R为物体所在曲线处的曲率半径为物体所在曲线处的曲率半径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

21、小；C C、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的；、做匀速圆周运动的的物体所受向心力是不变的；D D、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以、向心力是除物体所受重力、弹力以及摩擦力以 外的一种新的力外的一种新的力2.2.甲乙两物体都做匀速圆周运动甲乙两物体都做匀速圆周运动,其质量之比为其质量之比为12,12,转动半径之比为转动半径之比为12,12,在相同时间内甲转过在相同时间内甲转过4 4周，乙转周，乙转过过3 3周周.则它们的向心力之比为（则它们的向心力之比为（）A.14 B.23 C.49A.14 B.23 C.49 D.916 D.916B BC C练习练习3.3.在在201020

22、10年温哥华冬奥会上，我国选手申年温哥华冬奥会上，我国选手申雪，赵宏博在双人花样滑冰运动中获得金雪，赵宏博在双人花样滑冰运动中获得金牌，如图为赵宏博拉着申雪在空中做圆锥牌，如图为赵宏博拉着申雪在空中做圆锥摆运动的精彩场面，已知申雪的体重为摆运动的精彩场面，已知申雪的体重为G G，做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角为，做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角为3030，重力加速度为，重力加速度为g g，求申雪受到的拉力。，求申雪受到的拉力。解析：解析：对申雪受力分析如图对申雪受力分析如图水平方向：水平方向：F F cos cosmama竖直方向：竖直方向：F F sin sinmgmg由以上两式得：由以上两式得：拉力拉力F Fmgmg/sin/sin2 2G G