2013-2014学年高中物理人教版必修二同步辅导与检测课件：5.6向心力.ppt

金品质高追求 我们让你更放心 ！ 物理物理 必修必修2 2 ( (人教版人教版) ) 第六节 向 心 力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 在2011年4月29日召开的铁路自主创新新 闻发布会上获悉：我国已经在时速200千米的 技术平台上，自主创新研制时速300千米动车 组.2011年年底，国内首列时速300千米动车组 将问世据介绍，这些时速300千米动车组国 产占有率将达到80%以上，未来将在京津、武广、京沪等客运 专线上投用，成为我国高速客运的主力车型设计这些动车转 弯时，就用到了圆周运动的相关知识 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 1理解向心力的概念 2知道向心力的大小与哪些因素有关，理解公式的确切 含义并能用来计算 3在变速圆周运动中，会用上述公式求质点在圆周上某 一点的向心力和向心加速度 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 课前预习 一、向心力 1定义：做圆周运动的物体受到的指向_的合外 力 2作用效果：产生_，不断改变线速度的 _ 3方向：总是沿半径指向_ 4大小：F向 _ . 5向心力是按_来命名的，是一种_力 圆心 向心加速度 方向 圆心 m mr2 m 作用效果效果 _ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 二、变速圆周运动 做变速圆周运动的物体所受的合力并不指向圆心，此时合 力F可以分解为互相垂直的两个力：跟圆周相切的分力Ft和指 向圆心方向的分力Fn. 1Fn产生_加速度，与速度方向垂直，改变速度 的方向 2Ft产生_加速度，与速度方向在一条直线上，改 变速度的大小 3物体做加速圆周运动时 ，合力方向与速度方向的夹角 _90，如图甲所示，其 向心 切向 小于 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 同理，物体做减速圆周运动时，合力方向与速度方向的夹 角_90，如图乙所示，其中Ft只改变速度的大小，Fn只 改变速度的方向 三、一般曲线运动 1定义：运动轨迹既不是_也不是_的曲 线运动 2处理方法：将曲线运动分成许多小段，每一小段都可 看成_的一部分 中Ft只改变速度的大小，Fn只改变速度的方向Fn产生的就是 向心加速度 大于 直线圆周 圆周运动 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 向心力有什么特点？向心力的来源有哪些？ 1向心力的特点 (1)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 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) (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(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，同时也改变速度的大小，即产生法向加速度和切向加速度) (3)向心力可以是某几个力的合力，也可以是某个力的分力 例如，用细绳拴着质量为m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(F向 F拉 mg)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(F向mgtan ，其中为摆线 与竖直轴的夹角)充当，因此绝不能在受力分析时沿圆心方向多 加一个向心力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 2向心力的来源分析 (1)任何一种力或几种力的合力，只要它能使物体产生向心 加速度，这个合力就是物体做圆周运动所需的向心力 (2)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 (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 弹力提供向心力 如图所示，在光滑水平面上的O点系 上绳子的一端，绳子另一端系一小球， 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 静摩擦力提供向心力 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，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 势方向是沿半径背向圆心，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拐弯 时所需的向心力就是由路面施加的静摩擦力提 供的 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 心力由绳子的拉力(弹力)提供 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 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，汽车过拱桥经最高点时，其向心力由重力 和支持力的合力提供 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 向心力由分力提供 如图所示，物体在竖直面内的光滑轨道 内做圆周运动经过A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， 即FnFNG1. 名师提示：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，在对物体进行受力分析时，不 能额外的加个向心力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 1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向心力 B向心力不改变做圆周运动物体的速度大小 C做匀速圆周运动的物体其向心力是不变的 D做圆周运动的物体所受各力的合力一定是向心力 B 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 怎样解决圆周运动问题？ 1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，这是处理该类问题的 理解基础 2解题步骤： (1)明确研究对象，对研究对象进行受力分析，画出受力示 意图 (2)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 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) (3)列方程：沿半径方向满足F合1mr2 = ，另 一方向F合20. 3向心力与牛顿第二定律的应用比较： 公式F的意义F的效果a 牛顿 第二 定律 Fma 物体受到外力 的合力 既可改变速度 大小，又可改 变速度方向 物体加 速度 向心 力 Fm2r m ma 物体受到的外 力在半径方向 上的合力 只能改变速度 的方向，而不 改变速度大小 向心加 速度 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 名师提示：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 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 尝试应用 2在2010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G，做圆锥摆运动时和水平冰面的夹角为 30，重力加速度为g，求申雪做圆周运动 的向心加速度和受到的拉力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：对申雪受力分析如右图 水平方向：F cos ma 竖直方向：F sin mg 由以上两式得：向心加速度ag cot g 拉力Fmg/sin 2G 答案： g 2G 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 向心力来源分析 一个圆盘绕通过圆盘的中心O且垂直于 盘面的竖直轴匀速转动，在圆盘上距O点为R处放 一个质量为m的物块，物块随着圆盘一起做匀速 圆周运动，如图所示 (1)物块受几个力作用，力的方向如何？ (2)向心力由什么力提供？ (3)如果物块与圆盘之间的动摩擦因数为，则当圆盘的角 速度大于多少时，物块与圆盘之间开始滑动？ 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：(1)物块受到竖直向下的重力、竖直向上 的弹力和摩擦力作用(如图所示)，摩擦力的方向始 终指向圆心 (2)向心力由摩擦力提供 答案：(1)见解析 (2)摩擦力 (3) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 名师归纳：圆周运动中对向心力进行分析，往往是解题的 关键，向心力的来源及作用可归纳如下：向心力可能是物体 受到的某一个力或某几个力的合力，也可能是某一个力的分力 物体做匀速圆周运动时，合外力一定是向心力，方向指向 圆心，只改变速度的方向物体做变速圆周运动时，合外力 沿半径方向的分力充当向心力，改变速度的方向；合外力沿轨 道切线方向的分力改变速度的大小 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 变式应用 1如图所示，将一质量为m的摆球用长为L 的细绳吊起，上端固定，使摆球在水平面内做匀 速圆周运动，细绳就会沿圆锥面旋转，这样就构 成一个圆锥摆，则关于摆球A的受力情况，下列说 法中正确的是( ) A摆球受重力、拉力和向心力的作用 B摆球受拉力和向心力的作用 C摆球受重力和拉力的作用 D摆球受重力和向心力的作用 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：我们在进行受力分析时，“物体受到 哪几个力的作用”中的力是指按照性质命名的力 ，显然，物体只受重力G和拉力FT的作用，而向 心力F是重力和拉力的合力，如图所示也可以 认为向心力就是FT沿水平方向的分力FT2，显然 ，FT沿竖直方向的分力FT1与重力G平衡所以 ，本题正确选项为C. 答案：C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 向心力的分析与计算 一个内壁光滑的圆锥筒的轴线是竖直的 ，圆锥固定，有质量相同的两个小球A和B贴着筒的 内壁在水平面内做匀速圆周运动，如右下图所示， A的运动半径较大，则( ) AA球的角速度必小于B球的角速度 BA球的线速度必小于B球的线速度 CA球运动的周期必大于B球运动的周期 DA球对筒壁的压力必大于B球对筒壁的压力 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 解析：两球均贴着筒的内壁在水平面内做匀 速圆周运动，它们均受到重力和筒壁对它们的弹 力作用，这两个力的合力提供向心力，如右图所 示，可知筒壁对小球的弹力FN ，而重力和 弹力的合力为F合mgcot ，由牛顿第二定律可得 : 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 名师归纳：物体做匀速圆周运动，其向心力公式可归纳为 Fnm m2rmr mv.在应用的过程中，具体用哪一 个，可根据题目所涉及的物理量而定 答案：AC 由于A球运动的半径大于B球运动的半径，由式可知A球 的角速度必小于B球的角速度；由式可知A球的线速度必大于 B球的线速度；由式可知A球的运动周期必大于B球的运动周 期；由式可知A球对筒壁的压力一定等于B球对筒壁的压力 所以选项A、C正确 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 变式应用 2如右图所示，有一质量为m的小球在 光滑的半球形碗内做匀速圆周运动，轨道平 面在水平面内，已知小球与半球形碗的球心O 的连线跟竖直方向的夹角为，半球形碗的半 径为R，求小球做圆周运动的速度及碗壁对小 球的弹力 解析：由图可知小球运动的半径rRsin .小球做匀速圆 周运动，所以小球受到的重力G及碗对小球弹力F N的合力提供 向心力，小球在竖直方向合力为零，则FNcos mg，故F N mg/cos .小球在水平方向的合力提供向心力，则有 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 基础练 1关于向心力，下列说法中正确的是( ) A物体由于做圆周运动而产生一个向心力 B向心力不改变做圆周运动物体的速度大小 C做匀速圆周运动的物体的向心力是恒力 D做一般曲线运动的物体所受的合力即为向心力 B 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 2下列说法正确的是( ) A因为物体做圆周运动，所以才产生向心力 B因物体有向心力存在，所以它迫使物体不断改变运动 的方向而做圆周运动 C因为向心力的方向与线速度的方向垂直，所以向心力 不会改变做圆周运动物体的速率 D向心力是圆周运动物体所受的合力 BC 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 3.如图所示，有一个水平大圆盘绕过圆心的竖 直轴匀速转动，小强站在距圆心为r处的P点不动， 关于小强的受力下列说法正确的是( ) A小强在P点不动，因此不受摩擦力作用 B小强随圆盘做匀速圆周运动，其重力和支持力充当向 心力 C小强随圆盘做匀速圆周运动，圆盘对他的摩擦力充当 向心力 D若使圆盘以较小的转速转动时，小强在P点受到的摩擦 力不变 C 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 4上海锦江乐园新建的“摩天转轮”的直径达98 m，世界 排名第五，游人乘坐时，转轮始终不停地匀速转动，每转一周 用时25 min，每个厢轿共有6个座位试判断下列说法中正确的 是( ) A每时每刻，每个人受到的合力都不等于零 B每个乘客都在做加速度为零的匀速运动 C乘客在乘坐过程中对座位的压力始终不变 D质量为50 kg的乘客在运动中所受合力大小约为0.043 N AD 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 5.如图所示，质量为m的木块从位于竖直平 面内的圆弧形曲面上滑下，由于摩擦力的作用 ，木块从a到b运动的速率逐渐增大，从b到c运 动的速率恰好保持不变，从c到d运动的速率逐 渐减小，则( ) A木块在ab段和cd段的加速度不为零，但在bc段的加速 度为零 B木块在ab、bc、cd各段中的加速度都不为零 C木块在整个运动过程中所受的合外力大小一定，方向 始终指向圆心 D木块只在bc段所受的合外力大小不变，方向指向圆心 BD 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2 2 ( (人教版人教版) ) 6.飞行中的鸟和飞机要改变飞行方向时， 鸟的身体或飞机的机身都要倾斜，以便转弯 如右下图所示，一只质量为m的老鹰，以速率v 在水平面内做半径为R的匀速圆周运动，则空 气对老鹰作用力的大小等于( ) A 金品质高追求 我们让你更放心！ 返回 物理物理 必必修修2