2013高中物理 5-6 向心力同步課件 新人教版必修2

1、第六節(jié)　向心力,1．理解向心力的概念及其表達式的含義．2．知道向心力大小與哪些因素有關，并能用來進行計算．3．知道向心力是效果力，會在實際問題中分析向心力來源．,指向圓心,圓心,mω2r,4．向心力的來源(1)向心力是按照力的效果命名的，使物體受到 的力均可稱作向心力．(2)勻速圓周運動中向心力可能是物體所受力的 ，也可能是某個力的分力．,指向圓心

2、,合力,二、實驗驗證1．裝置：細線下面懸掛一個鋼球，用手帶動鋼球使它在某個水平面內做勻速圓周運動，組成一個圓錐擺且θ很小，如圖所示．,半徑,高度,mgtan θ,向心力,合力,三、變速圓周運動和一般的曲線運動1．變速圓周運動變速圓周運動所受合外力 向心力，合外力產生兩個方向的效果．(1)合外力F跟圓周相切的分力Fτ，此力產生 ，描述速度

3、 的快慢．(2)合外力F跟圓周切線垂直而指向圓心的分力Fn，此分力產生 ，描述速度 的快慢．,不等于,切向加速度,大小變化,向心加速度,方向變化,2．一般的曲線運動的處理方法一般的曲線運動中，可以把曲線分割成許多很短的小段，每一小段可看作一小段 ，質點沿一般曲線運動時

4、，可以采用圓周運動的處理方法進行處理．,圓弧,如圖所示在田徑運動會上，鏈球運動員在將鏈球拋擲出手之前，總要雙手拉著鏈條加速轉動幾圈(如圖所示)，這樣可以使鏈球速度盡量增大，拋擲出手后飛行得更遠．在運動員加速轉動的過程中，能發(fā)現他手中與鏈球相連的鏈條與豎直方向的夾角θ將隨著鏈球速度的增大而增大．鏈球做圓周運動需要的向心力由哪些力提供？,提示：由鏈條拉力指向圓心方向的分力提供鏈球做圓周運動的向心力．,一、對向心力的理解1．向心力是效果力

5、向心力的作用效果是只改變速度方向，不改變速度大?。皇蔷哂刑囟ㄐ再|的某種力，任何性質的力都可以作為向心力．,2．向心力的來源對物體進行受力分析得到的指向圓心的力提供向心力．向心力可以是某個力，可以是某幾個力的合力，也可以是某個力的分力．3．向心力是變力向心力的方向指向圓心，方向時刻在變，所以向心力是變力．,二、對勻速圓周運動的進一步理解1．勻速圓周運動的特點線速度大小不變、方向時刻改變；角速度、周期、頻率都恒定不變；向心加

6、速度和向心力大小都恒定不變，但方向時刻改變．2．勻速圓周運動的性質(1)線速度僅大小不變而方向時刻改變，是變速運動．(2)向心加速度僅大小恒定而方向時刻改變，是非勻變速曲線運動．,(3)勻速圓周運動具有周期性，即每經過一個周期運動物體都要重新回到原來的位置，其運動狀態(tài)(如v、a大小及方向)也要重復原來的情況．(4)做勻速圓周運動的物體所受外力的合力大小恒定，方向總是沿半徑指向圓心，方向時刻改變．,3．質點做勻速圓周運動的條件合

7、外力的大小不變，方向始終與速度方向垂直且指向圓心．勻速圓周運動僅是速度的方向變化而速度大小不變的運動， 所以只存在向心加速度，因此向心力就是做勻速圓周運動的物體所受的合外力．,4．勻速圓周運動和變速圓周運動的區(qū)別(1)勻速圓周運動的合外力全部用來提供向心力，合外力時刻指向圓心．(2)變速圓周運動的合外力一般不指向圓心，合外力沿半徑指向圓心的分力提供向心力，合外力沿切線方向的分力改變速度大小，從做曲線運動的條件可知，變速圓周運動中物體

8、所受的合力方向與速度方向一定不垂直，當物體受到的合力與瞬時速度之間的夾角是銳角時，速率增大，當物體受到的合力與速度之間的夾角是鈍角時，速率減小．,例如：用一細線系一小球在豎直平面內做變速圓周運動，在向下加速運動過程的某一位置A和向上減速運動過程的某一位置B，小球的受力情況如圖所示．比較可知，勻速圓周運動和變速圓周運動受力情況的不同是：勻速圓周運動中，合力全部用來提供向心力，合力指向圓心；變速圓周運動中，合力沿著半徑方向的分量提供向心力

9、，合力不一定指向圓心．,【特別提醒】(1)由于線速度、向心力、向心加速度是矢量，對于勻速圓周運動，它們的大小不變，但方向時刻改變，因此都不是恒量．(2)任何情況的圓周運動，向心力的方向一定指向圓心，而且一定是沿半徑指向圓心的合外力提供向心力．,三、勻速圓周運動的處理方法1．指導思路凡是做勻速圓周運動的物體一定需要向心力．而物體所受外力的合力充當向心力，這是處理該類問題的理論基礎．2．解題步驟(1)明確研究對象，對研究對象進行受

10、力分析，畫出受力示意圖．(2)明確物體做圓周運動的圓平面、圓心和半徑．(3)將物體所受外力通過力的正交分解將其分解在兩條直線上，其中一個方向上的分力沿半徑方向．,3．幾種常見的勻速圓周運動的實例圖表,【特別提醒】(1)對做圓周運動的物體進行受力分析時，注意以下幾點：物體的受力應是實際受到的力，是性質力，存在施力物體；不另外分析向心力；(2)列方程時要區(qū)分受到的力和物體做圓周運動所需的向心力，利用題目條件靈活運用向心力表達式.,如圖

11、所示，有一個水平大圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉動，小強站在距圓心為r處的P點不動．關于小強的受力，下列說法正確的是 A．小強在P點不動，因此不受摩擦力作用 B．小強隨圓盤做勻速圓周運動，其重力和支持力充當向心力,C．小強隨圓盤做勻速圓周運動，盤對他的摩擦力充當向心力D．若使圓盤以較小的轉速轉動時，小強在P點受到的摩擦力不變解析：小強隨圓盤做勻速圓周運動，一定需要向心力，該力一定指向圓心，而重力和支持

12、力在豎直方向上，它們不能充當向心力，因此他會受到摩擦力作用，且充當向心力，A、B錯誤，C正確；由于小強隨圓盤轉動半徑不變，當圓盤角速度變小時，由Fn＝mω2r可知，所需向心力變小，摩擦力變小，故D錯誤．答案：C,【針對訓練】1.如圖所示，在勻速轉動的洗衣機圓桶內壁上有一衣物一起隨桶轉動且與桶壁保持相對靜止．衣物所受的向心力是(　　)A．重力　　　　　　　B．靜摩擦力C．桶壁的支持力 D．滑動摩擦力,解析：衣物做勻速圓周運動

13、的圓面在過衣物所在位置的垂直于軸的平面內，圓心為與軸的交點．衣物受到重力、支持力和靜摩擦力，重力和靜摩擦力在豎直方向上不可能充當向心力，而支持力指向圓心，故支持力充當向心力，C正確．答案：C,長為L的細線，拴一質量為m的小球，一端固定于O點．讓其在水平面內做勻速圓周運動(這種運動通常稱為圓錐擺運動)，如圖所示．當擺線L與豎直方向的夾角是α時，求：(1)線的拉力F的大小及小球的向心力F向的大??；(2)小球運動的線速度的大小；(3)

14、小球運動的角速度大小及周期．,解析：(1)小球受力如圖所示，小球受重力mg和線的拉力F.因為小球在水平面內做勻速圓周運動，所以小球受到的合力指向圓心O′，且是水平方向，合力提供小球做圓周運動的向心力．由平行四邊形定則得，小球受到的合力,【針對訓練】2.如圖所示，一個內壁光滑的圓錐形筒的軸線垂直于水平面，圓錐筒固定不動，有兩個質量相等的小球A和B緊貼著內壁分別在圖中所示的水平面內做勻速圓周運動，則以下說法中正確的是(　　)A．A球的線

15、速度必定大于B球的線速度B．A球的角速度必定小于B球的角速度C．A球的運動周期必定小于B球的運動周期D．A球對筒壁的壓力必定大于B球對筒壁的壓力,解析：小球A和B的受力情況如圖所示，由圖可知，兩球的向心力都來源于重力mg和支持力FN的合力，建立如圖所示的坐標系，則有：FN1＝FNsin θ＝mg，FN2＝FNcos θ＝F所以F＝mgcot θ.也就是說FN在指向圓心方向的分力，即F＝mgcot θ提供小球做圓周運動所需的向心