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(dá)式的含義．2．知道向心力大小與哪些因素有關(guān)，并能用來進(jìn)行計(jì)算．3．知道向心力是效果力，會(huì)在實(shí)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(yùn)動(dòng)中向心力可能是物體所受力的 ，也可能是某個(gè)力的分力．,指向圓心

2、,合力,二、實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證1．裝置：細(xì)線下面懸掛一個(gè)鋼球，用手帶動(dòng)鋼球使它在某個(gè)水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，組成一個(gè)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(yùn)動(dòng)和一般的曲線運(yùn)動(dòng)1．變速圓周運(yùn)動(dòng)變速圓周運(yùn)動(dòng)所受合外力 向心力，合外力產(chǎn)生兩個(gè)方向的效果．(1)合外力F跟圓周相切的分力Fτ，此力產(chǎn)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(chǎn)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(yùn)動(dòng)的處理方法一般的曲線運(yùn)動(dòng)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(zhì)點(diǎn)沿一般曲線運(yùn)動(dòng)時(shí)

4、，可以采用圓周運(yùn)動(dòng)的處理方法進(jìn)行處理．,圓弧,如圖所示在田徑運(yùn)動(dòng)會(huì)上，鏈球運(yùn)動(dòng)員在將鏈球拋擲出手之前，總要雙手拉著鏈條加速轉(zhuǎn)動(dòng)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(yuǎn)．在運(yùn)動(dòng)員加速轉(zhuǎn)動(dòng)的過程中，能發(fā)現(xiàn)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(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的向心力．,一、對(duì)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|(zhì)的某種力，任何性質(zhì)的力都可以作為向心力．,2．向心力的來源對(duì)物體進(jìn)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(gè)力，可以是某幾個(gè)力的合力，也可以是某個(gè)力的分力．3．向心力是變力向心力的方向指向圓心，方向時(shí)刻在變，所以向心力是變力．,二、對(duì)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的進(jìn)一步理解1．勻速圓周運(yùn)動(dòng)的特點(diǎn)線速度大小不變、方向時(shí)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(shí)刻改變．2．勻速圓周運(yùn)動(dòng)的性質(zhì)(1)線速度僅大小不變而方向時(shí)刻改變，是變速運(yùn)動(dòng)．(2)向心加速度僅大小恒定而方向時(shí)刻改變，是非勻變速曲線運(yùn)動(dòng)．,(3)勻速圓周運(yùn)動(dòng)具有周期性，即每經(jīng)過一個(gè)周期運(yùn)動(dòng)物體都要重新回到原來的位置，其運(yùn)動(dòng)狀態(tài)(如v、a大小及方向)也要重復(fù)原來的情況．(4)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(shí)刻改變．,3．質(zhì)點(diǎn)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)僅是速度的方向變化而速度大小不變的運(yùn)動(dòng)， 所以只存在向心加速度，因此向心力就是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體所受的合外力．,4．勻速圓周運(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)的區(qū)別(1)勻速圓周運(yùn)動(dòng)的合外力全部用來提供向心力，合外力時(shí)刻指向圓心．(2)變速圓周運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的條件可知，變速圓周運(yùn)動(dòng)中物體

8、所受的合力方向與速度方向一定不垂直，當(dāng)物體受到的合力與瞬時(shí)速度之間的夾角是銳角時(shí)，速率增大，當(dāng)物體受到的合力與速度之間的夾角是鈍角時(shí)，速率減?。?例如：用一細(xì)線系一小球在豎直平面內(nèi)做變速圓周運(yùn)動(dòng)，在向下加速運(yùn)動(dòng)過程的某一位置A和向上減速運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)和變速圓周運(yùn)動(dòng)受力情況的不同是：勻速圓周運(yùn)動(dòng)中，合力全部用來提供向心力，合力指向圓心；變速圓周運(yùn)動(dòng)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(duì)于勻速圓周運(yùn)動(dòng)，它們的大小不變，但方向時(shí)刻改變，因此都不是恒量．(2)任何情況的圓周運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的處理方法1．指導(dǎo)思路凡是做勻速圓周運(yùn)動(dòng)的物體一定需要向心力．而物體所受外力的合力充當(dāng)向心力，這是處理該類問題的理論基礎(chǔ)．2．解題步驟(1)明確研究對(duì)象，對(duì)研究對(duì)象進(jìn)行受

10、力分析，畫出受力示意圖．(2)明確物體做圓周運(yùn)動(dòng)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(gè)方向上的分力沿半徑方向．,3．幾種常見的勻速圓周運(yùn)動(dòng)的實(shí)例圖表,【特別提醒】(1)對(duì)做圓周運(yùn)動(dòng)的物體進(jìn)行受力分析時(shí)，注意以下幾點(diǎn)：物體的受力應(yīng)是實(shí)際受到的力，是性質(zhì)力，存在施力物體；不另外分析向心力；(2)列方程時(shí)要區(qū)分受到的力和物體做圓周運(yùn)動(dòng)所需的向心力，利用題目條件靈活運(yùn)用向心力表達(dá)式.,如圖

11、所示，有一個(gè)水平大圓盤繞過圓心的豎直軸勻速轉(zhuǎn)動(dòng)，小強(qiáng)站在距圓心為r處的P點(diǎn)不動(dòng)．關(guān)于小強(qiáng)的受力，下列說法正確的是 A．小強(qiáng)在P點(diǎn)不動(dòng)，因此不受摩擦力作用 B．小強(qiáng)隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，其重力和支持力充當(dāng)向心力,C．小強(qiáng)隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，盤對(duì)他的摩擦力充當(dāng)向心力D．若使圓盤以較小的轉(zhuǎn)速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，小強(qiáng)在P點(diǎn)受到的摩擦力不變解析：小強(qiáng)隨圓盤做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(dāng)向心力，因此他會(huì)受到摩擦力作用，且充當(dāng)向心力，A、B錯(cuò)誤，C正確；由于小強(qiáng)隨圓盤轉(zhuǎn)動(dòng)半徑不變，當(dāng)圓盤角速度變小時(shí)，由Fn＝mω2r可知，所需向心力變小，摩擦力變小，故D錯(cuò)誤．答案：C,【針對(duì)訓(xùn)練】1.如圖所示，在勻速轉(zhuǎn)動(dòng)的洗衣機(jī)圓桶內(nèi)壁上有一衣物一起隨桶轉(zhuǎn)動(dòng)且與桶壁保持相對(duì)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(dòng)摩擦力,解析：衣物做勻速圓周運(yùn)動(dòng)

13、的圓面在過衣物所在位置的垂直于軸的平面內(nèi)，圓心為與軸的交點(diǎn)．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(dāng)向心力，而支持力指向圓心，故支持力充當(dāng)向心力，C正確．答案：C,長為L的細(xì)線，拴一質(zhì)量為m的小球，一端固定于O點(diǎn)．讓其在水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)(這種運(yùn)動(dòng)通常稱為圓錐擺運(yùn)動(dòng))，如圖所示．當(dāng)擺線L與豎直方向的夾角是α?xí)r，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(yùn)動(dòng)的線速度的大?。?3)

14、小球運(yùn)動(dòng)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?yàn)樾∏蛟谒矫鎯?nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)的向心力．由平行四邊形定則得，小球受到的合力,【針對(duì)訓(xùn)練】2.如圖所示，一個(gè)內(nèi)壁光滑的圓錐形筒的軸線垂直于水平面，圓錐筒固定不動(dòng)，有兩個(gè)質(zhì)量相等的小球A和B緊貼著內(nèi)壁分別在圖中所示的水平面內(nèi)做勻速圓周運(yùn)動(dòng)，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(yùn)動(dòng)周期必定小于B球的運(yùn)動(dòng)周期D．A球?qū)ν脖诘膲毫Ρ囟ù笥贐球?qū)ν脖诘膲毫?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(biāo)系，則有：FN1＝FNsin θ＝mg，F(xiàn)N2＝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(yùn)動(dòng)所需的向心