5.6 向心力 課件(人教版必修2)
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6 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(guān),并能用來進行有關(guān)計算. 3.會分析向心力的來源. 4.了解“用圓錐擺粗略驗證向心力的表達式”的實驗原理.,1.定義 做勻速圓周運動的物體產(chǎn)生向心加速度的原因是它受到了指向______的合力.這個力叫做向心力. 2.方向 始終沿著______指向______.,向心力,圓心,半徑,圓心,3.表達式 (1)Fn=______;(2)Fn=_______. 4.效果力 向心力是根據(jù)力的_________來命名的,凡是產(chǎn)生向心加速度的力,不管屬于哪種性質(zhì),都是向心力.,mω2r,作用效果,思考1:在對物體進行受力分析時,能否說物體除了受其他力之外還受一個向心力的作用? 提示:向心力是根據(jù)力的效果命名的,不是性質(zhì)力.在分析物體受力時,不能說物體還受一個向心力的作用,向心力可以是某一種性質(zhì)力,也可以是幾個性質(zhì)力的合力或某一性質(zhì)力的分力.,1.關(guān)于向心力的說法中正確的是 ( ). A.物體由于做圓周運動而產(chǎn)生了一個向心力 B.向心力不改變圓周運動中物體速度的大小 C.做勻速圓周運動的物體其向心力即為其所受的合外力 D.做勻速圓周運動的物體其向心力是不變的,解析 當物體所受的外力的合力始終有一分力垂直于速度方向時,物體就將做圓周運動,該分力即為向心力,故先有向心力然后才使物體做圓周運動.因向心力始終垂直于速度方向,所以它不改變速度的大小,只改變速度的方向,當合外力完全提供向心力時,物體就做勻速圓周運動,該合力大小不變,方向時刻改變,故向心力是變化的. 答案 BC,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(chǎn)生兩個方向的效果. (1)跟圓周相切的分力Fτ,只改變線速度的大小,產(chǎn)生______加速度,此加速度描述線速度_________的快慢. (2)跟圓周切線垂直而指向圓心的分力Fn,只改變線速度的方向,產(chǎn)生______加速度.,變速圓周運動和一般的曲線運動,不等于,切向,大小變化,向心,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,每一小段可看做一小段_____,研究質(zhì)點在這一小段的運動時,可以采用_________的處理方法進行處理.,圓弧,圓周運動,2.如圖5-6-1所示,一小球用細繩懸掛于O點,將其拉離豎直位置一個角度后釋放,則小球以O(shè)點為圓心做圓周運動,運動中小球所需的向心力是 ( ). A.繩的拉力 B.重力和繩拉力的合力 C.重力和繩拉力的合力沿繩方向的分力 D.繩的拉力和重力沿繩方向分力的合力,圖5-6-1,解析 對小球受力分析如圖所示,小球受重力和繩子拉力作用,向心力是指向圓心方向的合外力,它可以是小球所受合力沿繩子方向的分力,也可以是各力沿繩子方向的分力的合力,正確選項為C、D. 答案 CD,1.向心力是產(chǎn)生向心加速度的原因:由牛頓第二定律Fn=man知,向心力與向心加速度的方向、大小有瞬時對應(yīng)關(guān)系. 2.方向:向心力始終與線速度垂直,是變力,它只改變線速度的方向,不改變其大小. 3.大小 4.來源:它可以是重力、彈力、摩擦力等各種性質(zhì)的力,也可以是幾個力的合力,還可以是某個力的分力.,對向心力的理解,【典例1】 如圖5-6-2所示,一圓盤可繞過圓盤的中心O且垂直于盤面的豎直軸轉(zhuǎn)動,在圓盤上放一小木塊A,它隨圓盤一起運動——做勻速圓周運動,則關(guān)于木塊A的受力,下列說法中正確的是 ( ).,圖5-6-2,A.木塊A受重力、支持力和向心力 B.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力,摩擦力的方向與木塊運動方向相反 C.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力,摩擦力的方向指向圓心 D.木塊A受重力、支持力和靜摩擦力,摩擦力的方向與木塊運動方向相同,解析 由于圓盤上的木塊A在豎直方向上沒有加速度,所以,它在豎直方向上受重力和支持力的作用而平衡.而木塊在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,其所需向心力由靜摩擦力提供,且靜摩擦力的方向指向圓心O. 答案 C,(1)向心力是按照力的作用效果命名的力,任何一個力或幾個力的合力或某個力的分力,只要它能使物體產(chǎn)生向心加速度,它就提供物體所需的向心力. (2)若物體做勻速圓周運動,其向心力必然是物體所受的合力,始終沿著半徑方向指向圓心,并且大小恒定. (3)若物體做非勻速圓周運動,其向心力為物體所受的合力在沿半徑方向上的分力,而合力在切線方向上的分力用于改變線速度的大?。?【跟蹤1】 關(guān)于向心力的說法中正確的是 ( ). A.物體由于做圓周運動還受到一個向心力 B.向心力可以是任何性質(zhì)的力 C.做勻速圓周運動的物體其向心力是恒力 D.做圓周運動的物體所受各力的合力一定提供向心力,解析 力是改變物體運動狀態(tài)的原因,因為有向心力物體才做圓周運動,而不是因為做圓周運動才產(chǎn)生向心力,也不能說物體還受一個向心力,故A錯.向心力是效果力,可以是任何一種性質(zhì)的力,故B對.物體做勻速圓周運動的向心力方向永遠指向圓心,其大小不變,方向時刻改變,故C錯.只有勻速圓周運動中,合外力提供向心力,而非勻速圓周運動中向心力并非物體所受的合外力,而是合外力指向圓心的分力提供向心力.故D錯. 答案 B,【典例2】 一個內(nèi)壁光滑的圓錐筒的軸線是豎直的,圓錐固定,有質(zhì)量相同的兩個小球A和B貼著筒的內(nèi)壁在水平面內(nèi)做勻速圓周運動,如圖5-6-3所示,A的運動半徑較大,則 ( ). A.A球的角速度必小于B球的角速度 B.A球的線速度必小于B球的線速度 C.A球運動的周期必大于B球運動的周期 D.A球?qū)ν脖诘膲毫Ρ卮笥贐球?qū)ν脖诘膲毫?勻速圓周運動向心力的分析與計算,圖5-6-3,由于A球運動的半徑大于B球運動的半徑,由①式可知A球的角速度必小于B球的角速度;由②式可知A球的線速度必大于B球的線速度;由③式可知A球的運動周期必大于B球的運動周期;由④式可知A球?qū)ν脖诘膲毫σ欢ǖ扔贐球?qū)ν脖诘膲毫Γ赃x項A、C正確. 答案 AC,解決勻速圓周運動問題的方法步驟 (1)確定做圓周運動的物體為研究對象. (2)確定圓周運動的軌道平面、圓心位置和半徑. (3)對研究對象進行受力分析,畫出受力示意圖. (4)運用平行四邊形定則或正交分解法求出外界提供的向心力F.,【跟蹤2】 質(zhì)量不計的輕質(zhì)彈性桿P插入桌面上的小孔中,桿的另一端套有一個質(zhì)量為m的小球,今使小球在水平面內(nèi)做半徑為R的勻速圓周運動,且角速度為ω,如圖5-6-4所示,則桿的上端受到球?qū)ζ渥饔昧Φ拇笮?( ).,圖5-6-4,答案 C,物理建模3 幾種常見的勻速圓周運動的實例模型 模型實例,典例剖析 【典例】 有一種叫“飛椅”的游樂項目,示意圖如圖5-6-5所示.長為L的鋼繩一端系著座椅,另一端固定在半徑為r的水平轉(zhuǎn)盤邊緣.轉(zhuǎn)盤可繞穿過其中心的豎直軸轉(zhuǎn)動.當轉(zhuǎn)盤以角速度ω勻速轉(zhuǎn)動時,鋼繩與轉(zhuǎn)動軸在同一豎直平面內(nèi),與豎直方向的夾角為θ.不計鋼繩的重力,求轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度ω與夾角θ的關(guān)系.,圖5-6-5,解析 對座椅受力分析,如圖所示. 轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)動的角速度為ω時,鋼繩與豎直方向的夾角為θ,則座椅到轉(zhuǎn)軸的距離即座椅做圓周運動的半徑為R=r+Lsin θ,設(shè)鋼繩的拉力為FT,對座椅進行受力分析,則 豎直方向有FTcos θ=mg 水平方向有FTsin θ=mRω2,【審題技巧】,【我來沖關(guān)】 質(zhì)量為m的直升機以恒定速率v在空中水平盤旋(如圖5-6-6所示),其做勻速圓周運動的半徑為R,重力加速度為g,則此時空氣對直升機的作用力大小為 ( ).,圖5-6-6,答案 C,【狀元微博】 求解向心力時,要抓住五個注意點:一要抓住研究對象,明確其質(zhì)量是多少;二要確定圓周運動所在的平面,明確圓周運動的軌跡、半徑及圓心的位置;三要進行受力分析,確定指向圓心方向的力;四要抓住所給的已知條件,是角速度ω(或周期T),還是線速度v;五要選用適當?shù)墓竭M行求解.,一、向心力的理解 1.對于做勻速圓周運動的物體,下列判斷正確的是( ). A.合力的大小不變,方向一定指向圓心 B.合力的大小不變,方向也不變 C.合力產(chǎn)生的效果既改變速度的方向,又改變速度的大小 D.合力產(chǎn)生的效果只改變速度的方向,不改變速度的大小,解析 勻速圓周運動的合力等于向心力,由于線速度v的大小不變,故F合只能時刻與v的方向垂直,即指向圓心,故A正確;由于F合時刻指向圓心,故其方向必須時刻改變才能時刻指向圓心,否則F就不能時刻指向圓心了,故B錯;由合力F合的方向時刻與速度的方向垂直而沿切線方向無分力,故該力只改變速度的方向,不改變速度的大小,C錯、D對. 答案 AD,2.做勻速圓周運動的物體所受的向心力是 ( ). A.因向心力總是沿半徑指向圓心,且大小不變,故向心力是一個恒力 B.因向心力指向圓心,且與線速度方向垂直,所以它不能改變線速度的大小 C.物體所受的合外力 D.向心力和向心加速度的方向都是不變的,解析 做勻速圓周運動的物體所受的向心力是物體所受的合外力,由于指向圓心,且與線速度垂直,不能改變線速度的大小,只用來改變線速度的方向,向心力雖大小不變,但方向時刻改變,不是恒力,由此產(chǎn)生的向心加速度也是變化的,所以A、D錯誤,B、C正確. 答案 BC,二、向心力公式的應(yīng)用 3.甲、乙兩個物體都做勻速圓周運動,其質(zhì)量之比為1∶2,轉(zhuǎn)動半徑之比為1∶2,在相同的時間里甲轉(zhuǎn)過60°,乙轉(zhuǎn)過45°,則它們的向心力大小之比為( ). A.1∶4 B.2∶3 C.4∶9 D.9∶16 解析 由于m1∶m2=1∶2,r1∶r2=1∶2, ω1∶ω2=θ1∶θ2=4∶3,向心力 F=mrω2,故F1∶F2=4∶9,C對. 答案 C,4.一質(zhì)點沿半徑為r的圓周做勻速圓周運動,向心力的大小為F.當保持半徑不變,使角速度增大到原來的2倍時,向心力的大小比原來增大18 N,則原來向心力的大小為F=________N. 解析 設(shè)質(zhì)點做勻速圓周運動的角速度為ω,質(zhì)點的質(zhì)量為m,則根據(jù)向心力公式有F=mrω2,當半徑不變,角速度增大到原來的2倍時,根據(jù)向心力公式有F+18 N=mr·(2ω)2,聯(lián)立以上兩式可解得F=6 N. 答案 6,5.冬奧會上,我國選手在雙人花樣滑冰運動中獲得金牌.圖為趙宏博拉著申雪在空中做圓錐擺運動的精彩場面,已知申雪的體重為G,做圓錐擺運動時和水平冰面的夾角為30°,重力加速度為g,求申雪做圓周運動的向心加速度和受到的拉力.,圖5-6-7,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,同學(xué)們,來學(xué)校和回家的路上要注意安全,- 1.請仔細閱讀文檔,確保文檔完整性,對于不預(yù)覽、不比對內(nèi)容而直接下載帶來的問題本站不予受理。
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