高中物理 第五章 曲线运动 6 向心力课件 新人教版必修2

,第五章,6 向心力,学习目标 1.了解向心力的概念，知道它是根据力的作用效果命名的. 2.体验向心力的存在，会分析向心力的来源. 3.掌握向心力的表达式，并能用来进行计算. 4.知道变速圆周运动中向心力是合外力的一个分力，知道合外力的作用效果.,内容索引,自主预习梳理, 重点知识探究, 当堂达标检测,自主预习梳理,1.定义：做匀速圆周运动的物体产生向心加速度的原因是它受到了指向 ，这个合力叫做向心力. 2.方向：始终沿着 指向 . 3.表达式： (1)Fn_ (2)Fn_ 4.向心力是根据力的 来命名的，凡是产生向心加速度的力，不管属于哪种性质，都是向心力.,一、向心力,圆心的合力,半径,作用效果,圆心,m2r,1.变速圆周运动的合力：变速圆周运动的合力产 生两个方向的效果，如图1所示. (1)跟圆周相切的分力Ft：产生 加速度，此加 速度描述线速度 变化的快慢. (2)指向圆心的分力Fn：产生 加速度，此加速度描述线速度 改变的快慢.,二、变速圆周运动和一般的曲线运动,切向,大小,图1,向心,方向,2.一般的曲线运动的处理方法 (1)一般的曲线运动：运动轨迹既不是 也不是 的曲线运动. (2)处理方法：可以把曲线分割成许多很短的小段，每一小段可看做一小段 . 研究质点在这一小段的运动时，可以采用圆周运动的处理方法进行处理.,直线,圆周,圆孤,1.判断下列说法的正误. (1)匀速圆周运动的向心力是恒力.( ) (2)匀速圆周运动的合力就是向心力.( ) (3)所有圆周运动的合力都等于向心力.( ) (4)向心力和重力、弹力一样，是性质力.( ) (5)向心力的作用是改变物体的速度，产生向心加速度.( ),2.如图2所示，在匀速转动的圆筒内壁上紧靠着一个物体，物体随圆筒一起转动，物体所需的向心力由下面哪个力来提供 A.重力 B.弹力 C.静摩擦力 D.滑动摩擦力,图2,答案,解析,解析 本题可用排除法.首先可排除A、D两项； 若向心力由静摩擦力提供，则静摩擦力或其分力应指向圆心，这是不可能的，C错.故选B.,重点知识探究,一、对向心力的理解,(1)如图3所示，用细绳拉着小球在光滑水平面内做匀速圆周运动，若小球的线速度为v，运动半径为r，是什么力产生的向心加速度？该力的大小、方向如何？小球运动的速度v增大，绳的拉力大小如何变化？,答案,答案 产生向心加速度的力是小球受到的重力、支持力和绳的拉力的合力.合力等于拉力，大小为Fman ，方向指向圆心.v增大，绳的拉力增大.,图3,(2)若月球绕地球做匀速圆周运动的角速度为，月地距离为r，是什么力产生的加速度？该力的大小、方向如何？,答案 向心加速度an2r，是地球对月球的引力产生的加速度，引力的大小为Fmanm2r，方向指向地心.,答案,向心力的理解 1.向心力：使物体做圆周运动的指向圆心的合力. 3.向心力的方向 无论是否为匀速圆周运动，其向心力总是沿着半径指向圆心，方向时刻改变，故向心力是变力. 4.向心力的作用效果改变线速度的方向.由于向心力始终指向圆心，其方向与物体运动方向始终垂直，故向心力不改变线速度的大小.,例1 (多选)下列关于向心力的说法中正确的是 A.物体由于做圆周运动而产生了一个向心力 B.向心力不改变圆周运动中物体线速度的大小 C.做匀速圆周运动的物体其向心力即为其所受的合外力 D.做圆周运动的物体所受各力的合力一定充当向心力,解析 当物体所受的外力的合力始终有一分力垂直于速度方向时，物体就将做圆周运动，该分力即为向心力，故先有向心力然后才使物体做圆周运动.因向心力始终垂直于速度方向，所以它不改变线速度的大小，只改变线速度的方向.匀速圆周运动所受合外力指向圆心，完全提供向心力.非匀速圆周运动中是合外力指向圆心的分力提供向心力.,答案,解析,二、向心力来源的分析,分析下列几种圆周运动所需向心力分别由什么力提供. (1)地球绕太阳做圆周运动(如图4甲).,图4,答案,答案 太阳对地球的引力.,答案,(2)圆盘上物块随圆盘一起匀速转动(如图乙).,(3)在光滑漏斗内壁上，小球做匀速圆周运动(如图丙).,答案 物块受到的静摩擦力(也可以说是物块所受重力、支持力、静摩擦力的合力).,答案 漏斗对小球的支持力和小球所受重力的合力.,答案,(4)小球在细线作用下，在水平面内做圆锥摆运动时(如图丁).,答案 向心力由细线的拉力在水平面内的分力提供.,1.在匀速圆周运动中，合外力一定是向心力；在非匀速圆周运动中，沿半径方向的合外力提供向心力. 2.向心力是按作用效果命名的，充当向心力的力可以是重力、弹力、摩擦力等各种力，也可以是合力或分力.应明确各种情况下向心力的来源.,例2 一只小狗拉着雪橇在水平冰面上沿着圆弧形的道路匀速行驶，如图所示为雪橇所受的牵引力F及摩擦力Ff的示意图，其中正确的是,答案,解析,解析 雪橇运动时所受摩擦力为滑动摩擦力，方向与运动方向相反，与圆弧相切.又因为雪橇做匀速圆周运动时合力充当向心力，合力方向必然指向圆心.综上可知，C项正确.,例3 如图5所示，已知绳长为L20 cm，水平杆长为L0.1 m，小球质量m0.3 kg，整个装置可绕竖直轴转动.g取10 m/s2，问：(结果保留两位小数) (1)要使绳子与竖直方向成45角，试求该装置必须以多大的角速度转动才行？,解析,图5,答案,答案 6.44 rad/s,(2)此时绳子的张力为多大？,答案 4.24 N,解析 小球绕竖直轴做圆周运动，其轨道平面在水平面内，对小球受力分析如图所示，设绳对小球拉力为FT，小球重力为mg，则绳的拉力与重力的合力提供小球做圆周运动的向心力. 对小球利用牛顿第二定律可得： mgtan 45m2r rLLsin 45 联立两式，将数值代入可得 6.44 rad/s,向心力的分析思路 1.确定物体在哪个平面内做圆周运动，明确圆心和半径r，确定a、v、等物理量中什么是已知或要求的. 2.对物体进行受力分析，确定向心力来源及大小. 3.根据牛顿第二定律F合F向列方程，求解.,三、变速圆周运动和一般的曲线运动,用绳拴一沙袋，使沙袋在光滑水平面上做变速圆周运动，如图6. (1)分析绳对沙袋的拉力的作用效果.,答案,答案 绳对沙袋的拉力方向不经过圆心，即不与沙袋的速度方向垂直，而是与沙袋的速度方向成一锐角，如题图，拉力F有两个作用效果，一是改变线速度的大小，二是改变线速度的方向.,图6,(2)如果将拉力按照其作用效果进行分解，两个分力各产生了怎样的加速度？分加速度的作用效果如何？,答案,答案 根据F产生的作用效果，可以把F分解为两个相互垂直的分力：跟圆周相切的分力F1和指向圆心的分力Fn；F1产生切线方向的加速度，改变线速度的大小，Fn产生向心加速度，改变线速度的方向.,1.受力特点：变速圆周运动中合外力不指向圆心，合力F产生改变速度大小和方向两个作用效果.即,例4 如图7所示，物块P置于水平转盘上随转盘一 起运动，图中c方向沿半径指向圆心，a方向与c方 向垂直.当转盘逆时针转动时，下列说法正确的是 A.当转盘匀速转动时，P受摩擦力方向为c B.当转盘匀速转动时，P不受转盘的摩擦力 C.当转盘加速转动时，P受摩擦力方向可能为a D.当转盘减速转动时，P受摩擦力方向可能为b,解析,答案,图7,解析 转盘匀速转动时，物块P所受的重力和支持力平衡，摩擦力提供其做匀速圆周运动的向心力，故摩擦力方向指向圆心O点，A项正确，B项错误； 当转盘加速转动时，物块P做加速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有指向a方向的切向力，使线速度大小增大，两方向的合力即摩擦力可能指向b，C项错误； 当转盘减速转动时，物块P做减速圆周运动，不仅有沿c方向指向圆心的向心力，还有指向a相反方向的切向力，使线速度大小减小，两方向的合力即摩擦力可能指向d，D项错误.,针对训练 如图8所示，某物体沿 光滑圆弧轨道由 最高点滑到最低点过程中，物体的速率逐渐增大，则 A.物体的合外力为零 B.物体的合力大小不变，方向始终指向圆心O C.物体的合外力就是向心力 D.物体的合力方向始终与其运动方向不垂直(最低点除外),解析,图8,答案,解析 物体做加速曲线运动，合力不为零，A错； 物体做速度大小变化的圆周运动，合力不指向圆心，合力沿半径方向的分力等于向心力，合力沿切线方向的分力使物体速度变大，即除在最低点外，物体的速度方向与合力的方向夹角为锐角，合力与速度不垂直，B、C错，D对.,匀速圆周运动与变速圆周运动的比较,当堂达标检测,1.(向心力的理解)(多选)下面关于向心力的叙述中，正确的是 A.向心力的方向始终沿着半径指向圆心，所以是一个变力 B.做匀速圆周运动的物体，除了受到别的物体对它的作用力外，还一定受 到一个向心力的作用 C.向心力可以是重力、弹力、摩擦力中的某个力，也可以是这些力中某几 个力的合力，或者是某一个力的分力 D.向心力只改变物体速度的方向，不改变物体速度的大小,1,2,3,4,解析,答案,解析 向心力是根据力的作用效果来命名的，它可以是物体受力的合力，也可以是某一个力的分力，因此，在进行受力分析时，不能再分析向心力.向心力时刻指向圆心，与速度垂直，所以向心力只改变速度方向，不改变速度大小，A、C、D正确.,1,2,3,4,2.(向心力的来源分析)如图9所示，一圆盘可绕过圆盘的中 心O且垂直于盘面的竖直轴转动，在圆盘上放一小木块A， 它随圆盘一起运动做匀速圆周运动，则关于木块A的 受力，下列说法中正确的是 A.木块A受重力、支持力和向心力 B.木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相反 C.木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向指向圆心 D.木块A受重力、支持力和静摩擦力，摩擦力的方向与木块运动方向相同,解析,答案,图9,1,2,3,4,解析 由于圆盘上的木块A在竖直方向上没有加速度，所以，它在竖直方向上受重力和支持力的作用而平衡.而木块在水平面内做匀速圆周运动，其所需向心力由静摩擦力提供，且静摩擦力的方向指向圆心O，故选C.,1,2,3,4,3.(圆周运动中的动力学问题) 如图10所示，质量为1 kg的小球用细绳悬挂于O点，将小球拉离竖直位置释放后，到达最低点时的速度为2 m/s，已知球心到悬点的距离为1 m，重力加速度g10 m/s2，求小球在最低点时对绳的拉力的大小.,解析,图10,答案,答案 14 N,1,2,3,4,解析 小球在最低点时做圆周运动的向心力由重力mg和绳的拉力FT提供(如图所示)，,小球对绳的拉力与绳对小球的拉力是一对作用力和反作用力，所以小球在最低点时对绳